методичка ОМЕВ


МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Затвердженона засідання кафедриелектротехнічних систем
протокол № 8 від 01.02.2013 р.
Тираж 70
Вимогам, що ставляться до
навчально-методичних видань, відповідаєЗав. кафедри ЕТС О.О.Ситник
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
до виконання лабораторних робіт з дисципліни
“ОСНОВИ МЕТРОЛОГІЇ ТА ЕЛЕКТРИЧНИХ ВИМІРЮВАНЬ”
для студентів напряму підготовки
6.050701 „Електротехніка та електротехнології”
Весь цифровий і фактичний матеріал та бібліографічні
відомості перевірено. Зауваження рецензента врахованоЗав. кафедри ЕТС Ситник Олександр Олексійович, к.т.н., професор
Укладачі:
Ситник Олександр Олексійович, к.т.н., професор
Яценко Ірина В’ячеславівна, к.т.н., доцент
Ключка Костянтин Миколайович, к.т.н., доцент
Мильниченко Сергій Михайлович, ст. викладач
Відповідальний редактор
Рецензент: Самойлик Олександр Васильович, к.т.н., доцент
Черкаси 2013
Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з дисципліни “Основи метрології та електричних вимірювань” для студентів напряму підготовки 6.050701 „Електротехніка та електротехнології” / Укладачі : О.О. Ситник, І.В. Яценко, К.М. Ключка, С.М. Мильніченко; М-во освіти і науки, молоді та спорту України, Черкас. держ. технол. ун-т. – Черкаси : чдту, 2013. – 46 с.
Видання містить вказівки до виконання, теоретичні відомості та контрольні питання до лабораторних робіт та літературу.
Для студентів напряму підготовки 6.050701 „Електротехніка та електротехнології”.
Рецензент: Самойлик Олександр Васильович, к.т.н., доцент
ЗМІСТ
Вступ……………………………………………………………………………4
Інструкція з техніки безпеки………………………………………………...6
Лабораторна робота №1 Градуювання і повірка приладів
безпосереднього відліку………………………………………………………..8
Лабораторна робота №2 Розширення меж вимірювання
електровимірювальних приладів……………………………………………15
Лабораторна робота №3 Вимірювання потужності в
трифазному колі……………………………………………………………….20
Лабораторна робота №4 Вимірювання активної енергії
і повірка лічильника………………………………………………………… 23
Лабораторна робота №5 Вимірювання параметрів сигналів за
допомогою осцилографа методом прямого перетворення…………………26
Література…………………………………………………………………….41
Додаток 1……………………………………………………………………...42
ВСТУП
Дисципліна “Основи метрології та електричних вимірювань” забезпечує базову підготовку фахівців у галузі метрології та електричних вимірювань. Дисципліна передбачає вивчення основних понять про принципи системи теоретичних, технічних і організаційних заходів забезпечення єдності вимірювань і правильності впровадження пристроїв вимірювань при виробництві та експлуатації електронних пристроїв різного призначення.
Метою методичних вказівок є: закріпити теоретичні знання студентів з дисципліни, полегшити підготовку та самостійне виконання робіт у лабораторії; набути практичних навичок дослідження електричних кіл; навчитися техніці електричних вимірювань.

ОРГАНІЗАЦІЯ ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ
Лабораторні роботи виконують бригади з 2-3 осіб. У процесі підготовки кожен студент повинен засвоїти теоретичну частину і підготувати звіт із схемами всіх дослідів і таблицями для занесення результатів. Завдання до лабораторної роботи вибирають згідно з номером бригади за відповідними таблицями, які містяться в рекомендаціях до роботи. До лабораторної роботи допускаються студенти, які підготували звіт про виконувану роботу, добре уявляють програму роботи, мають оформлений звіт про роботу, виконану на попередньому занятті.
Кожен студент оформляє звіт про виконану лабораторну роботу на аркушах формату А4 (210×197) мм. Графіки, діаграми, схеми за обраним масштабом слід виконувати олівцем (бажано на міліметровому папері) за допомогою креслярських інструментів, а масштаб зазначати поряд із графіком.
Лабораторні роботи захищають в індивідуальному порядку. Студенти, які розпочали виконувати наступний цикл лабораторних робіт, зобов’язані досконало вивчити правила техніки безпеки при роботі з діючими електротехнічними установками і суворо їх дотримуватися.
УНІВЕРСАЛЬНИЙ ЛАБОРАТОРНИЙ СТЕНД УЛС-ЛПИ
Усі лабораторні роботи виконують на універсальному лабораторному стенді УЛС-ЛПИ (надалі — стенд). Перед початком робіт потрібно ознайомитись з будовою стенду, порядком вмикання-вимикання, заміною знімних блоків, навчитися користуватися електровимірювальними приладами, розміщеними на стенді, а також електронно-променевим осцилографом. Електроживлення стенду здійснюється трифазною напругою 380/220 В.
ПОРЯДОК РОБОТИ НА СТЕНДІ
Перед початком роботи встановити на робоче місце потрібний знімний блок (за вказівкою викладача). УВАГА.Виймати й вставляти блоки при ввімкненій напрузі живлення категорично забороняється.
Робота трифазного блоку живлення:
- увімкнути тумблер "СЕТЬ", при цьому засвітяться світлодіоди, що вказують на наявність трьох фаз;
- натиснути кнопку "ВКЛ" джерела живлення випрямленої постійної напруги 24 В;
- при відпусканні кнопки починає світитися світлодіод;
- вимкнути джерело живлення ±24 В, натиснувши кнопку "ВИКЛ";
- аналогічно вмикається і вимикається джерело живлення 12 В і трифазної напруги. При цьому починають світитися відповідні світлодіоди.
Робота однофазного блоку живлення:
- увімкнути тумблер "СЕТЬ";
- натиснути кнопку "ВКЛ"— засвітиться світлодіод;
- ручкою регулятора напруги регулюється напруга змінна та випрямлена одночасно, а їхні виводи розділені;
- тумблером А2 до виходу постійної напруги підключити згладжуючу ємність;
- вимкнути джерело живлення тумблером "СЕТЬ".
Робота блока генератора:
- увімкнути блок генератора тумблером "СЕТЬ";
- вибрати потрібний піддіапазон частот, натиснувши одну з кнопок піддіапазонів;
- встановити необхідну частоту поворотом "ГРУБО" або "ТОЧНО";
форму вихідного сигналу вибрати, натиснувши одну з трьох кнопок:"", "", "";
- рівень вихідного сигналувстановити ручкою"".
Робота блока фазометра:
- увімкнути блок фазометра тумблером "СЕТЬ";
- блок фазометра мав струмові і потенціальні входи 0-U1, 0-U2;
- вхід φ1 гальванічно від’єднати від входу φ2.
Робота блока амперметра:
- підімкнути в схему клеми блока амперметрів (можливо шість одночасних підімкнень);
- увімкнути на передній панелі блока кнопку "СЕТЬ";
- підімкнути до клем потрібні точки (кіл)і за допомогою перемикачів підімкнути амперметр у необхідне коло. У вимкненому стані перемикачі служать перемичками;
- за допомогою кнопки "±" можна змінити полярність вимірювання постійного струму.
Робота блока мультиметра:
- мультиметром можна вимірювати частоту і амплітуду сигналів;
- увімкнути тумблер "СЕТЬ" на панелі мультиметра;
- увімкнути живлення блока мультиметра тумблером "ВКЛ";
- за допомогою з’єднувальних проводів підімкнути прилади до вимірюваних кіл;
- вимірювальними приладами користуватися за вказівкою викладача.
Робота блока опорів:
- під’єднати з’єднувальними проводами схему до клем блоку;
- виставити ручками перемикачів потрібний опір від 1 до 9999 Ом;
- увімкнути джерела живлення й провести вимірювання.
Робота блока живлення і ємностей:
- під’єднати з’єднувальними проводами схему до клем блока;
- виставити ручками перемикачів 0,0001...0,0099 Гн; 0,1...99,9 мкф;
- увімкнути джерела живлення й провести вимірювання.
ІНСТРУКЦІЯ З ТЕХНІКИ БЕЗПЕКИ ПРИ РОБОТІ
В ЛАБОРАТОРІЇ ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ
Тіло людини є провідником, опір якого змінюється в широких межах залежно від ряду факторів. Вологість, забруднення шкіри тощо зменшують його опір, а нервове збудження, навпаки, збільшує опір.
Якщо сила струму більша за 0,05 А, то його дія на тіло людини про-тягом 0,1 с може спричинити небезпечне ураження. Оскільки сила струму залежить від напруги й опору, то за правилами техніки безпеки напруга, більша за 42 В, вважається небезпечною. Струм, більший за 0,05 А, може призвести до травм, втрати свідомості і больових відчуттів.
УВАГА! Неправильні з’єднання в схемі можуть спричинити коротке замикання, що нерідко призводить до виведення з ладу приладів та апара-тури, травматизму й ураження струмом.
Правила техніки безпеки
До роботи в лабораторії допускаються студенти, які ознайомились із правилами техніки безпеки для діючих електротехнічних установок. Вивчивши ці правила, студент розписується в журналі обліку проведення інструктажу і несе відповідальність за їх виконання.
Не можна доторкатися до неізольованих частин електричної установки, які перебувають під напругою (проводи, затискачі, повзунки тощо).
Ставити або змінювати плавкі запобіжники на щитах і установках можна лише з дозволу викладача при вимкненій напрузі.
Складати коло за схемою можна тільки при вимкненій напрузі.
Вмикати живлення складного кола можна тільки після перевірки схеми викладачем і тільки в його присутності.
Категорично забороняється виконувати будь-які заміни приладів та перемикання в схемі під напругою.
Не можна використовувати поляризовані електролітичні конденсатори в колах змінного струму. Особливо слід бути обережним під час роботи з колами змінного струму, в яких є послідовне з’єднання котушок і конденсаторів, оскільки напруга на їх затискачах може в окремих випадках набагато перевищувати напругу джерела живлення.
Якщо під час роботи виявлено несправність електрообладнання або зашкалювання електровимірювальних приладів, негайно вимкнути напругу і повідомити викладача.
У випадку ураження струмом слід негайно вимкнути магнітний пускач стенда на робочому місці або відповідний автоматичний вимикач на головному розподільному щиті, щоб звільнити потерпілого від дії електричного струму, надати першу допомогу, повідомити викладача, одночасно викликавши швидку медичну допомогу.
Лабораторна робота №1
ГРАДУЮВАННЯ І ПОВІРКА ПРИЛАДІВ БЕЗПОСЕРЕДНЬОГО ВІДЛІКУ
Мета роботи – набути навичок градуювання і повірки стрілочних приладів безпосереднього відліку, визначити поправки до показів приладу і побудувати графік поправок.
Короткі теоретичні відомості
До приладів безпосереднього відліку відносять прилади, шкали яких попередньо проградуйовані за зразковими величинами і дозволяють безпосередньо відрахувати значення вимірюваної величини.
Відлік – число, яке відраховується по шкалі вимірювального приладу на основі нанесених написів. Воно може бути виражене в електричних величинах (вольт, ампер, ом, ватт, і т.д.) або ж у деяких умовних поділках, які зазвичай називають “градусами”.
.
Рисунок 1.1
На рисунку 1.1 зображена шкала вольтметра. Відлік в даному випадку складає 2,4 В. Якби на шкалі не було позначення вольтметр V, то відлік складав би 2,4 градуси.
Покази – значення вимірюваної величини (напруги, струму, опору, потужності і т.д.), яке відповідає даному положенню стрілки на шкалі, тобто даному відліку. Якщо вольтметр (рисунок 1.1) увімкнено на межу вимірювання 3 В, то в цьому випадку відлік і покази приладу співпадають. Якщо, наприклад, вольтметр при тій же шкалі увімкнено на межу вимірювання 300 В, то даний відлік 2,4 В означає показання 2,4∙100=240 В. В цьому випадку покази приладу отримують множенням відліку на перевідний множник, який в даному прикладі виражений числом 100. Якщо прилад має шкалу, яка відображена в умовних градусах, перевідний множник є іменованим числом. Так, наприклад, для амперметра з межею вимірювань 5А і 100 – градусною шкалою перевідний множник дорівнює 0,05 А. Оскільки такий множник виражає число одиниць вимірюваної величини (в даному випадку – ампер), яка приходиться на один градус шкали приладу, дуже часто замість терміну “перевідний множник” вживають термін “ціна поділки шкали приладу”. Необхідно відмітити, що використовувати перевідний множник не завжди доцільно, особливо якщо він виражений дробом (наприклад 1,768 мА). Користуватися шкалою приладу з такою ціною поділки недоцільно. В таких випадках перехід від відліку до показів приладу здійснюють за допомогою так званої градуйованої кривої приладу.
Прямовказуючі електровимірювальні прилади за точністю ділять на вісім класів: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 2,5; 4,0. Прилади перших чотирьох класів зазвичай відносять до лабораторних. При їх використанні вимірювання зазвичай проводять багато разів (враховуючи похибку цих вимірювань, користуються прикладеною до приладу таблицею або графіком поправок) і служать вони для точних вимірювань якої-небудь величини. Прилади останніх чотирьох класів відносяться до технічних і вимірювання ними, як правило, виконують один раз. При цьому похибка вимірювання визначається в основному похибкою приладу, що використовується.
Цифри, які характеризують клас точності приладу, вказують на найбільшу допустиму похибку робочого приладу, приведену відносно основної похибки, що виражена у відсотках. Необхідно мати на увазі, що при експлуатації приладу його похибка постійно збільшується. В зв’язку з цим у нового приладу клас точності повинен бути забезпечений з деяким запасом.
Приведена відносна похибка – це відношення абсолютної похибки вимірювань ∆X, яка приблизно однакова для різних точок даної шкали приладу, до верхньої межі вимірювань на шкалі приладу, що використовується Амакс :
γпр=∆XAмакс. (1.1)Звідси виходить, що, наприклад, вольтметр класу 1,5 (γпр = 0,015) зі шкалою 150 В може при вимірюванні давати абсолютну похибку ∆X=150∙0,015=2,25 В, незалежно від того, яке значення напруги вимірюємо на цій шкалі. Це означає, що при вимірюванні цим вольтметром напруги 10 В (замість 150 В) абсолютна похибка також буде складати 2,25 В. При цьому номінальна відносна похибка (відношення абсолютної похибки до вимірюваного значення будь-якої величини) складає:
γпр=∆XAмакс∙100%=22,5% (1.2)Великі значення відносних номінальних похибок приладів в початковій частині їх шкали змушують так вибирати ці вимірювальні прилади, щоб вимірювання проводились на останній третині їх шкали.
Основна похибка вимірювального приладу – похибка, яка можлива при роботі приладу за нормальних умов, тобто умов, за яких здійснюється початкове градуювання приладу. Оскільки важко забезпечити постійні умови градуювання, нормальні умови задаються з певними допусками. Наприклад, температура в приміщенні 2050С, волога повітря 60 15%, напруга живлячої мережі 220В 10%, частота напруги мережі 50 0,5 Гц. До нормальних умов відносять визначене положення приладу (горизонтальне, вертикальне, під кутом), певну частоту вимірювальної величини, синусоїдну форму вимірюваної електричної величини і т. ін.
Якщо умови експлуатації вимірювального приладу відрізняються від нормальних, виникають додаткові похибки приладу – температурна, частотна, яка залежить від форми кривої вимірювальної величини, і т. ін. Окрім нормальних умов роботи приладу, розрізняють експлуатаційні умови праці, розуміючи під ними ті межі, в яких додаткові похибки не перевищують певних значень, які вказані в технічних умовах вимірювального приладу.
Основна похибка вимірювального приладу, як правило, не залежить від великих систематичних похибок, виключених порівнянням приладу, що використовується із зразком. Слід зазначити, що повністю виявити і ліквідувати систематичні похибки не вдається. Очевидно, вимірювання можна вважати правильним, чим менша залишкова систематична похибка. Звідси випливає, що основна похибка вимірювального приладу охоплює всі випадкові похибки, які виникають при нормальних умовах роботи приладу, плюс залишкову систематична похибку.
Додаткові похибки, які вказуються в паспорті вимірювального приладу є, як правило, систематичними. Відносна (але не абсолютна) додаткова похибка приблизно постійна для різних точок шкали приладу.
Загальна похибка вимірювального приладу визначається сумою випадкової і систематичної похибок. При цьому часто випадковій складовій (основна похибка) надається знак систематичної похибки (додаткова похибка), тобто визначається максимальне значення загальної похибки.
Проградуювати шкалу приладу означає встановити, яким показам відповідає кожна із точок шкали. Градуюють шкалу вимірювального приладу при початковій її розмітці або в випадку, коли прилад вже має шкалу, але умовну, тобто таку, що не виражає ті величини, які підлягають вимірюванню. Градуювання проходить за допомогою зразкового приладу, який має клас точності, який перевищує в три і більше разів клас точності градуйованого приладу. При цьому покази зразкового приладу, з урахуванням поправок до його шкали, приймаються за дійсні значення вимірюваної величини.
При початковій розмітці шкали градуйованого приладу встановлюють ряд значень напруги (струму і т. ін.) так, щоб стрілка зразкового приладу зупинялася на основних поділках шкали. На шкалі градуйованого приладу роблять відмітки в тих точках шкали, де зупинялася його стрілка. Потім шкалу приладу знімають, наносять основні поділки по позначках, після чого кожний проміжок розбивають на рівномірні дрібні поділки. Для підвищення точності градуювання, позначки на шкалі градуйованого приладу роблять двічі – при збільшенні і зменшенні вимірювальної величини. Поділки шкали при цьому наносять посередині між позначками, які можуть не збігатися через наявність тертя в приладі, що повіряється і ряді інших факторів.
В випадках, коли градуйований прилад вже має шкалу в умовних поділках (градусах), градуювання виконують наступним чином. Змінюють вимірювану величину так, щоб стрілка градуйованого приладу встановлювалась навпроти основних поділок його шкали, і записують показники зразкового приладу. Для зручності користування результатами градуювання останні представляють в якості градуйованої кривої приладу. При побудові кривої по вісі абсцис відкладають відлік за шкалою градуйованого приладу, а по вісі ординат – показники зразкового приладу. Градуйована крива звичайно будується на міліметрівці, причому для зручності ціна поділки масштабної сітки вибирається так, щоб в 1 см довжини графіка “вкладалося” 1 або 5∙10n одиниць вимірюваної величини. Розмір графіка не повинен бути дуже малим через похибки, які допускаються при побудові графіка і користуванні цим графіком. Для того щоб ця “графічна” похибка суттєво не погіршила точність вимірювань необхідно, щоб вона була хоч би в чотири рази менше максимальної похибки градуйованого приладу.
На рисунку 1.2 зображено схему градуювання вольтметра. Опори R1 та R2 призначенні для грубого та плавного регулювання напруги. Перевагою даної схеми градуювання вольтметра є можливість відліку показів зразкового приладу в останній треті його шкали для будь-якого значення напруги. Для цієї схеми:
Uгр=UетR2R1+R2, (1.3)VгрVетU
R2
R1

Рисунок 1.2
Необхідно пам’ятати, що цей вираз справедливий лише при практично відсутньому споживанні струму градуйованим приладом (його вхідний опір в 50 – 100 разів більше опору R2). При відсутності каліброваного дільника напруги R1, R2, обидва вольтметри з’єднуються паралельно і на них подають напругу з загального потенціометра.
Повірка вимірювального приладу полягає в подачі однієї і тієї ж напруги (струму і т.д.) на затискачі приладу, що повіряється, і зразкового приладу, і за результатами порівняння показів визначають похибку приладу, що повіряється, для ряду точок його шкали. Повіряють вольтметр, використовуючи ту ж саму схему (рисунок 1.2). Для технічних приладів мета повірки – переконатись в тому, що найбільше значення похибки не виходить за межі класу точності приладу.
Для лабораторних приладів, які використовують для робіт з підвищеною точністю, результати повірки оформлюють у вигляді таблиць або графіка поправок.
Поправка – величина, яку необхідно додати до показів приладу для того, щоб виключити в показах похибку. Таким чином
Xіст=X+(∆X)попр; (∆X)попр=Xіст-X. (1.4)
Абсолютна похибка вимірювань ∆X=X-Xіст; (∆X)попр=-∆X, а тому поправка дорівнює абсолютній похибці вимірювань, взятій з протилежним знаком.
Графік поправок більш наочний, ніж таблиця, і тому його на практиці використовують частіше. По вісі абсцис відкладають покази приладу, а по вісі ординат – значення поправок (рисунок 1.3). Нанесені на графік точки, взяті із таблиці поправок, з’єднують прямими лініями, підкреслюючи цим, що поправки в проміжних точках нам невідомі. В деяких точках, що повіряються поправка може дорівнювати нулю, а в інших – може мати інший знак.

Рисунок 1.3
Загальна похибка будь-якого вимірювального приладу і її характер зазвичай визначають шляхом багатократних порівнянь показів даного приладу з показами зразкового. Результати вимірювань та обчислень заносять до складеної раніше таблиці.
Віднімаючи від показів приладу, що повіряється, покази зразкового, які вважають за дійсні значення вимірюваної величини, знаходять абсолютну похибку вимірювань ΔU. Ці похибки утворюються як систематичними так і випадковими складовими. Систематичну похибку S, навколо якої коливаються значення випадкових похибок, знаходять як середнє значення всих похибок вимірювань ∆Ui:
S=∆Ui=110∆Ui10 (1.5)Систематична похибка може бути знайдена наступним чином: S=Uвим-Uдійс.
Повірка вольтметра (заданого типу і класу точності) за зразковим вольтметром (заданого типу і класу точності) приведена в таблиці 1.1.
Таблиця1.1
Номер досліду Покази приладу, що повіряється, В Покази зразкового приладу, В Похибка ΔU=Uвим– Uдійс.,
В Випадкова похибка
δ= ΔU – S , В
за шкалою з урахуванням поправки 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 З зазначеного слід зробити висновок, що систематична похибка, взята зі зворотнім знаком, є ніщо інше, як поправка до показів приладу, що повіряється, в даній точці шкали.
Віднімаючи далі з кожного значення похибки ΔUi систематичну складову S, знаходять випадкові складові похибки результату вимірювань для однієї точки шкали δi , що повіряється. Середнє квадратичне значення результатів вимірювання знаходять за допомогою виразу:
σА=±110δі210 (1.6)Здійснивши повірку градуювання вимірювального приладу в ряді точок його шкали, складають таблицю поправок до показів приладу (таблиця 1.2).
Таблиця 1.2
Покази, В Поправка, В Для більшої зручності користування по даним таблиці креслять графік поправок (рисунок 1.3)
Клас точності приладу, який повіряється, визначають наступним чином. За результатами повірки ряду точок шкали приладу находять максимальне значення абсолютної випадкової похибки вимірювань δмакс.
Тоді відношення δмакс до верхньої межі вимірювань на шкалі приладу, що повіряється, і дає нам значення класу точності:
δмаксAмакс∙100% (1.7)При технічних вимірюваннях враховувати поправку часто буває незручно. В цьому випадку зазвичай розглядають сумарну абсолютну похибку вимірювань ΔUмакс і клас точності визначають з виразу:
∆UмаксAмакс∙100% (1.8) Програма роботи
Вивчити основні положення теорії похибок.
Зібрати на лабораторному стенді схему повірки шкали вольтметра (рисунок 1.2) і результати вимірювань занести до таблиць 1.1 і 1.2, визначити похибки приладу, що повіряється.
Накреслити графік поправок.
Порядок виконання роботи
Зібрати схему повірки шкали вольтметра заданого класу точності (рисунок 1.2).
Здійснити повірку шкали вольтметра в п’ятьох точках, які лежать в останній третині шкали. Для повірки вибрати шкали зразкового приладу і приладу, що повіряється, з однаковими або близькими межами вимірювань. Для підвищення точності вимірювань повірку градуювання провести в кожній із п’яти вибраних точок шкали, використовуючи метод багатократних вимірювань (не менш 10). Результати вимірювань занести до п’яти таблиць виду таблиці 1.2.
Визначити для кожної точки значення систематичної похибки і середньоквадратичної похибки результату вимірювань. Скласти таблицю і накреслити графік поправок до показів вольтметра, що повіряється.
Визначити за значеннями максимальної випадкової абсолютної похибки δмаксі максимальної сумарної абсолютної похибки ∆Uмакс клас точності приладу, що повіряється.
Зміст звіту
Мета роботи.
Електрична схема, за якою проводились дослідження.
Таблиці вимірювань графік поправок та дані обчислень.
Висновки.
Контрольні питання
1. Яких класів точності виготовляють електровимірювальні прилади та що означає клас точності приладу?
2. Що таке перевідний множник (ціна поділки) приладу? Як визначити ціну поділки шкали ватметра, вольтметра, амперметра?
3. Що означає проградуювати шкалу приладу? В яких випадках вимірювальні прилади обладнуються градуювальною кривою?
4. Що таке поправка до показів приладу і графік поправок?
5. Що таке основна та додаткова похибки вимірювань?

Лабораторна робота № 2
РОЗШИРЕННЯ МЕЖ ВИМІРЮВАННЯ ЕЛЕКТРОВИМІРЮВАЛЬНИХ ПРИЛАДІВ
Мета: 1) навчитися збільшувати межі вимірювання електровимірювальних приладів по напрузі і по струму в колах постійного і змінного струму;
2) ознайомитися із схемою ввімкнення вимірювальних приладів через вимірювальні трансформатори струму і напруги в установках високої напруги.
Короткі теоретичні відомості
1. В колах постійного струму для розширення меж вимірювання застосовують додаткові резистори і шунти спільно з приладом магнітоелектричної системи.
Додаткові резистори, ввімкнені послідовно з вимірювальним механізмом, утворюють дільник напруги. Вони виготовляються з манганінового дроту.
Додаткові резистори бувають щитовими й переносними, каліброваними й обмежено взаємозамінними, тобто такими, які призначені для приладів визначеного типу, що мають однакові електричні параметри. Додаткові резистори застосовуються для напруг до 30 кВ постійного та змінного струмів частот від 10 Гц до 20 кГц.
За точністю додаткові резистори поділяються на класи 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5 і 1,0.
Для вимірювання напруги застосовується схема, зображена на рисунку 2.1.
V
mV





Рисунок 2.1 - Магнітоелектричний прилад з додатковим опором
Струм повного відхилення рамки приладу
I0=UR0+Rд, (2.1)де R0 – опір вимірювального механізму; Rд - додатковий опір із манганіну; U' - вимірювана напруга, звідси
Rд=U'-I0∙R0I0=U0I0∙UU0-1=R0∙m-1, (2.2)де m=U'/U0 – коефіцієнт розширення межі вимірювання приладу по напрузі.
2. Прилади магнітоелектричної системи прямого ввімкнення в коло вимірюють малі струми (мікро- й міліамперметри з межами вимірювання до 50 мА).
Для вимірювання великих значень струмів застосовують шунти –спеціальні резистори RШ, ввімкнені в ланцюг вимірюваного струму паралельно з вимірювальним приладом (рисунок 2.2).
А
mV





6 В
R0

Рисунок 2.2 - Магнітоелектричний прилад з шунтом
Шунти виготовляють з манганіну. На невеликі струми (до 30 А) шунти зазвичай розміщуються в корпусі приладу (внутрішні шунти); на великі струми (до 7500 А) застосовуються зовнішні шунти. Зовнішні шунти мають дві пари затискачів: струмові й потенціальні. Струмові затискачі служать для ввімкнення шунта в коло з параметрами, які вимірюються; до потенційних затискачів, опір між якими дорівнює RШ, під’єднують вимірювальний механізм приладу. Зовнішні (взаємозамінні) шунти поділяються на класи точності: 0,02; 0,05; 0,1; 0,2 і 0,5.
Умовою паралельної роботи шунта і вимірювального приладу є рівність напруг UШ=U0. Ці напруги, згідно з державним стандартом, мають значення 30, 45, 60, 75 мВ.
Струм, що вимірюється в колі, визначається за першим законом Кірхгофа:
I'=IШ+I0, (2.3) I'I0=IШI0+1 n=1+R0RШ. Таким чином, опір шунта можна визначити за формулою:
RШ=R0n-1, (2.4)де n=I'/I0 - коефіцієнт шунтування.
3. В колах змінного струму низької напруги розширення меж по напрузі здійснюється за допомогою додаткових опорів, а по струму - секціонуванням котушок приладів і застосуванням вимірювальних трансформаторів струму.
W2
V2
V1
A2
A1
A
aЛ2
Л1
И2
И1
*
*



В установках високої напруги ввімкнення вимірювальних приладів здійснюється через вимірювальні трансформатори струму і напруги (рисунок 2.3).
Рисунок 2.3 - Схема ввімкнення приладів з вимірювальними трансформаторами
Вимірювальні трансформатори поділяються на лабораторні і стаціонарні. Вони випускаються на номінальну частоту, що лежить в межах від 25 Гц до 10 кГц.
Лабораторні вимірювальні трансформатори струму виготовляються на різні номінальні значення первинного струму, що лежать в межах від 0,1 А до 30 кА, та номінальні значення вторинного струму 5 А. Для них встановлені класи точності 0,01; 0,02; 0,05; 0,1 і 0,2. Стаціонарні вимірювальні трансформатори струму виготовляють на номінальні первинні струми від 1 А до 40 кА та номінальні вторинні струми – 1; 2; 2,5; 5 А. Для них встановлені класи точності 0,2; 0,5; 1,0; 3,0; 10,0.
Стаціонарні вимірювальні трансформатори напруги поділяються на класи точності 0,5; 1,0 і 3,0, а лабораторні – на класи 0,05; 0,1; 0,2 і 0,5. Стаціонарні трансформатори напруги виготовляються на номінальні напруги 150, 100 і 100/3 В.
Значення електричних величин з первинної сторони визначаються як
U1'=U2∙KUH; I1'=I2∙KIH; P1'=P2∙KUH∙KIH. (2.5)де KIH і KUH номінальні коефіцієнти трансформації трансформаторів струму та напруги.
Похибки, що вносяться у вимірювання трансформаторами, визначаються як
δI=I1'-I1I1∙100%; δU=U1'-U1U1∙100% (2.6)Програма роботиОзнайомитися з теоретичними положеннями згідно теми лабораторної роботи.
Зібрати схеми (рисунок 2.1, 2.2, 2.3) на лабораторному стенді і провести збільшення межі вимірювання магнітоелектричного приладу в «m» разів по напрузі в «n» разів по струму (за завданням викладача). Зробити необхідні вимірювання і розрахунки, отримані дані занести до відповідних таблиць.
Порядок виконання роботи
1. Провести збільшення межі вимірювання магнітоелектричного приладу в «m» разів по напрузі (за завданням викладача). Розрахувати значення додаткового резистора Rд. Зібрати схему, зображену на рисунку 2.1. Визначити похибку, внесену додатковим резистором
δU=U'-UU∙100%, (2.7)де U - покази вольтметра; U' - покази приладу з додатковим резистором Rд. Результати розрахунків і спостережень занести до таблиці 2.1.
Таблиця 2.1
U0, ВCU, В/подR0, Ом mRд, Ом U', В U, В CU', В/под δ, %
2. Провести збільшення межі вимірювання даного приладу в «n» разів по струму. Розрахувати необхідне для цього значення опору шунта RШ. Зібрати схему, зображену на рисунку 2.2. Встановити реостатом необхідне значення струму за амперметром I=n∙I0.
Визначити похибку, внесену шунтом
δІ=I'-II∙100%, (2.8)де I - покази амперметра, I' - покази приладу з шунтом. Результати розрахунків і спостережень занести до таблиці 2.2.
Таблиця 2.2
I0, В CІ, А/дел R0, Ом nRШ,Ом I, А I', А CI', А/дел δІ, %
3. Зібрати схему, зображену на рисунку 2.3. Визначити похибки, внесені вимірювальними трансформаторами струму й напруги. Результати розрахунків і спостережень занести до таблиці 2.3.
Таблиця 2.3
U2, В I2, А P2, Вт I1, А U1, В KUHKIHU1', В I1', А P1', Вт δU, % δІ, % δP, %
Зміст звіту
1. Мета роботи.
2. Електричні схеми, за якими проводились дослідження.
3. Таблиці результатів розрахунків і спостережень та дані обчислень.
4. Висновки.
Контрольні питання
Чому не застосовуються шунти в ланцюгах змінного струму?
Які способи розширення меж вимірювання приладів застосовуються?
Які номінальні параметри мають шунти і додаткові опори згідно з державним стандартом?
Чому не застосовуються додаткові опори у високовольтних ланцюгах змінного струму?
Які значення струму й напруги можна виміряти за допомогою вимірювальних трансформаторів струму і напруги?
Лабораторна робота № 3
ВИМІРЮВАННЯ ПОТУЖНОСТІ В ТРИФАЗНОМУ КОЛІ
Мета: дослідити методи вимірювання активної і реактивної потужності в трифазному колі.
Короткі теоретичні відомості
В лабораторній роботі досліджені деякі методи вимірювання потужності. Решту методів необхідно засвоїти студентам за підручником (конспектом лекцій). Застосування методу залежить від виду з’єднання і симетрії трифазного кола.
Вимірювання активної потужності. Метод двох ватметрів застосовується незалежно від схеми з’єднання навантаження та її симетрії (рисунок 3.1). В лабораторній роботі необхідно дослідити метод із застосуванням вимірювальних трансформаторів струму.
И1
И2

Л1
Zk3А
Л1
И1
И2
W2
W1
A
B
C
*
*
*
*

Рисунок 3.1- Схема вимірювання активної потужності двома ватметрами
Активна потужність навантаження визначається як алгебраїчна сума показників ватметрів
P=P1+P2∙KIH=α1+α2∙CВт∙KIH, (3.1)
де α1 і α2 - кути відхилення стрілок приладів, в поділках; CВт=UH∙IH/αH – ціна поділки (постійна приладу), Вт/под; KIH - коефіцієнт трансформації струму (KIH=I1H/I2H).
За показами приладів визначається середній по фазам навантаження tgφ:
tgφ=3∙P2-P1P1+P2. (3.2)Вимірювання реактивної потужності здійснюється за допомогою ватметрів, ввімкнених за спеціальними схемами.
При повній симетрії трифазного кола реактивну потужність можна виміряти одним ватметром, ввімкненим по схемі рисунок 3.2.
Векторна діаграма має вигляд, представлений на рисунку 3.3.
Рисунок 3.2 - Схема ввімкнення ватметра для вимірювання реактивної потужності
A
B
C
*
*
Z
Z
Z
W
UA
UC
UB

90-
UBC
Рисунок 3.3 – Векторна діаграма
IA
UBC

Покази ватметра, з урахуванням векторної діаграми, буде
PW=UBC∙IA∙cos900-φ=U0∙I0∙sinφ. (3.3)
Для отримання реактивної потужності покази ватметра необхідно помножити на 3.
Програма роботиОзнайомитися з теоретичними положеннями згідно теми лабораторної роботи.
Зібрати схеми (рисунок 3.1, 3.4) на лабораторному стенді. Зробити необхідні вимірювання і розрахунки, отримані дані занести до відповідних таблиць.
Накреслити векторні діаграми.
Порядок виконання роботи
1. Зібрати схему рисунок 3.1. Змінюючи величину ємнісного навантаження, отримати додатнє, нульове та від’ємне значення одного з ватметрів. Другий ватметр буде показувати лише додатні значення.
У звіті представити векторну діаграму трифазного кола для довільного значення навантаження. На діаграмі зобразити вектори струмів та напруг обмоток обох ватметрів, а також кути між ними.
Обчислити значення активної потужності та tgφ. Результати вимірювань та обчислень занести до таблиці 3.1.
Таблиця 3.1
Номер досліду α1,под. α2, под. CВт, Вт/под. P1, Вт P2, Вт P, Вт tgφ1 2 3 2. Зібрати схему рисунок 3.4. На схемі паралельно асинхронному двигуну АД вмикається ламповий реостат R.
*
W1
W2
*
*
W3
АД
R
R
R
*
*
A
B
C
*

Рисунок 3.4 - Схема ввімкнення ватметрів для вимірювання активної та реактивної потужностей
Виміряти активну та реактивну потужність холостого ходу асинхронного двигуна. Змінюючи симетрично навантаження лампового реостата, зняти покази ватметрів. Пояснити залежність між їх показами. Обчислити активну, реактивну потужності і tgφ.
Результати вимірювань і обчислень занести до таблиці 3.2.
Представити векторну діаграму, на якій зобразити вектори струму та напруги обмоток ватметра W3, а також кут між ними.
Таблиця 3.2
Номер досліджα1,под. α2, под. α3, под. CВт, Вт/под. P1, Вт P2, Вт P3, Вт P, Вт Q, вар tgφ1 2 3 Примітки: P=P1+P2, Q=3P3.Зміст звіту
1. Мета роботи.
2. Електричні схеми, за якими проводились дослідження.
3. Таблиці результатів розрахунків і спостережень та дані обчислень.
4. Векторні діаграми струмів і напруг.
5. Висновки.
Контрольні питання
Які ще методи вимірювання активної та реактивної потужностей існують?
Як визначити ціну поділки ватметра, ввімкненого через трансформатор струму?
Як виміряти активну потужність симетричного трифазного кола при відсутності нульового провода одним ватметром?
Як вмикається в коло трифазний ватметр?
Лабораторна робота №4
ВИМІРЮВАННЯ АКТИВНОЇ ЕНЕРГІЇ І ПОВІРКА ЛІЧИЛЬНИКА
Мета: набути навичок повірки однофазного лічильника активної енергії, побудувати навантажувальну криву лічильника і з’ясувати характер її зміни.

Короткі теоретичні відомості
Для лічильників змінного струму використовують індукційні вимірювальні механізми. Відлік енергії в таких лічильниках здійснюється за показами механізму - лічильника обертів
WX=C0∙N. (4.1)
Одиниці електричної енергії 1 кВт × год, що реєструється лічильним механізмом, відповідає певне число обертів диску лічильника. Це співвідношення називається передатним числом А і вказується на лічильнику - 1 кВт × год = N0 обертів диску.
Величина, зворотна передатному числу, тобто енергія, що реєструється лічильником за 1 оберт, називається номінальною постійною лічильника
C0=3600∙1000N0, Вт∙соб. (4.2)Під дійсною постійною лічильника слід розуміти кількість енергії, яка дійсно витрачена в колі за час одного оберту диску лічильника. Ця енергія вимірюється зразковими приладами, наприклад, ватметром і секундоміром. Дійсна постійна лічильника, на відміну від номінальної, залежить від режиму роботи лічильника, а також від зовнішніх умов. Знаючи значення постійних C0 і C, можна визначити відносну похибку лічильника
δ=WX-WW∙100%=С0-С С∙100% (4.3)де WX – енергія, виміряна лічильником; W - дійсне значення енергії, яка витрачена в колі.
Повірку лічильників здійснюють, відповідно до вимог ГОСТ 14767-89. Перед визначенням похибок (з метою прогрівання вимірювального механізму) лічильник повинен перебувати протягом 15 хвилин під номінальною напругою і номінальним струмом. Лічильник активної енергії при цьому повинен працювати при cosφ=1, а лічильник реактивної енергії - при sinφ=1. При цьому записують проміжок часу, протягом якого лічильник прогрівався, і покази лічильного механізму до і після прогрівання. Ці дані призначаються для контролю правильності роботи лічильного механізму: добуток середньої потужності навантаження на час роботи лічильника повинен дорівнювати різниці показів лічильного механізму на один знак нижчого розряду. Похибка лічильника визначається
Cc=WC-P∙tP∙t∙100%. (4.4)У кожного лічильника визначають відсутність самоходу і поріг чутливості. Відсутність самоходу у лічильників змінного струму перевіряють при напрузі рівній 110% від номінального значення. При цьому диск лічильника повинен зробити не більше одного повного обороту за відсутності струму в колі послідовної обмотки. Час визначення відсутності самоходу повинен бути не менше 10 хвилин. Поріг чутливості визначають при номінальній напрузі. Під порогом чутливості лічильника розуміють мінімальний струм у відсотках від номінального, при якому диск при номінальному значенні напруги, номінальній частоті і cosφ=1 починає безупинно обертатися.
Програма роботиОзнайомитися з теоретичними положеннями згідно теми роботи.
Зібрати схему (рисунок 4.1) на лабораторному стенді. Зробити необхідні вимірювання і розрахунки, отримані дані занести до таблиць.
Побудувати навантажувальну криву лічильника.
Порядок виконання роботи
1. Зібрати схему рисунок 4.1 і ознайомитися з її роботою.
A
A
0
0
WhW
A
V
*
*
*
*

Рисунок 4.1 - Схема повірки однофазного лічильника активної енергії
2. Встановивши задане навантаження, відрахувати за секундоміром час t (не менше 50-60 с), протягом якого диск зробить ціле число оборотів, і провести запис показів ватметра. Вимірювання часу при одному й тому ж навантаженні і при одному і тому ж числі оборотів N зробити не менше 2 разів. За дійсне значення часу прийняти середнє арифметичне.
3. Результати повірки лічильника представити у вигляді таблиці 4.1. Повірку зробити двічі: при cosφ=1 і cosφ=0,5.
4. Зробити висновки за результатами повірки.
5. Побудувати навантажувальну криву лічильника. Пояснити характер її зміни.
Таблиця 4.1 - Результати повірки лічильника
Повірка лічильного механізму Повірка лічильника
P, ВтПокази лічильника T,хвНавантаження C0,Вт∙собP,ВтN,обttt, c W, Вт∙с C, Вт∙собδ, %Пуск, кВт∙годЗупинка, кВт∙год% А Продовження таблиці 4.1
150 100 50 10 Зміст звіту
1. Мета роботи.
2. Електричні схеми, за якими проводились дослідження.
3. Таблиці результатів розрахунків і спостережень та дані обчислень.
4. Навантажувальна крива лічильника.
5. Висновки.
Контрольні питання
1. Для чого застосовується розподіл кіл струму та напруги при повірці лічильника?
2. Як усувається самохід лічильника?
3. Чому дорівнює обертаючий момент лічильного механізму?
4. Як здійснюється регулювання кута зсуву фаз між магнітними потоками в лічильнику?
Лабораторна робота №5
ВИМІРЮВАННЯ ПАРАМЕТРІВ СИГНАЛІВ ЗА ДОПОМОГОЮ ОСЦИЛОГРАФА МЕТОДОМ ПРЯМОГО ПЕРЕТВОРЕННЯ
Мета: набути навичок вимірювання амплітуди і частоти періодичних сигналів за допомогою двоканального електронно-променевого осцилографа.
(обладнання: осцилограф С1-77, генератор Г6-37)
Короткі теоретичні відомості
Електронні осцилографи
Найбільш поширеними і універсальними приладами для дослідження сигналів є осцилографи. Осцилографи – прилади, призначені для візуального спостереження електричних сигналів, а також вимірювання і запису їх параметрів з використанням засобів відображення форми сигналу.
За принципом дії осцилографи поділяються на електромеханічні (світло-променеві) та електронні. Для проведення електрорадіовимірювань використовуються виключно електронні осцилографи, засобами відображення форми сигналу яких є електронно-променева трубка (ЕПТ) або рідкокристалічний дисплей. Якщо застосовуються ЕПТ, то такі осцилографи називаються електронно-променевими.
Виділяють наступні види електронних осцилографів: С1 – універсальні осцилографи, С7 – осцилографи швидкісні та стробоскопічні, С8 запам’ятовуючі осцилографи, С9 – спеціальні осцилографи.
Узагальнена структурна схема електронно-променевого осцилографа включає (рисунок 5.1):
ЕПТ зі схемою керування променем,
канал вертикального відхилення (канал Y),
канал горизонтального відхилення (канал Х),
канал керування яскравістю (канал Z),
калібратори амплітуди й тривалості.
ЕПТ призначена для візуального спостереження форми досліджуваних сигналів і проведення вимірювання їх параметрів. Всередині ЕПТ виробляється один або декілька пучків електронів (променів), які попадають на внутрішню поверхню екрана, покриту люмінофором. При попаданні електронів в люмінофор відбувається його світіння. В залежності від кількості променів, що виробляє ЕПТ, осцилографи можуть бути однопроменевими і багатопроменевими.
Принцип відображення форми досліджуваного сигналу на екрані ЕПТ полягає в наступному: на пластини горизонтального відхилення ЕПТ (пластини X) подається лінійна пилкоподібна напруга (напруга розгортки), що викликає горизонтальне переміщення променя в одному напрямку з постійною швидкістю; на пластини вертикального відхилення (пластини У) подається напруга досліджуваного сигналу. Одночасна дія обох напруг на електронний промінь викликає появу на екрані ЕПТ зображення, що зветься осцилограмою досліджуваного сигналу.
Схема керування променем призначена для контролю яскравості, фокусування, астигматизму і положення променя на екрані ЕПТ. На передній панелі осцилографа є відповідні органи керування.

Рисунок 5.1- Узагальнена схема електронно-променевого осцилографа
Канал Y призначений для неспотвореної передачі досліджуваного сигналу від його джерела до пластин Y ЕПТ. Передача сигналу пов'язана з його підсиленням і вимагає узгодження входу осцилографа з джерелом досліджуваного сигналу. Тому до складу каналу Y входять вхідний пристрій (ВП) і підсилювач вертикального відхилення (ПВВ). Вхід Y може бути як відкритим, так і закритим. Канал Y може складатися з декількох каналів Y1,Y2,…YN і електронного комутатора (ЕК). У цьому випадку на екрані ЕПТ можуть бути отримані осцилограми декількох сигналів, що надходять по каналах Y1,Y2,…YN. Такий осцилограф називається багатоканальним.
Канал X призначений для створення і подачі на пластини X ЕПТ напруги розгортки, підсилення і перетворення сигналів синхронізації і запуску розгортки, а також для підсилення і подачі на пластини X зовнішнього сигналу з входу X. Тому до складу каналу X входять генератор розгортки (ГР), підсилювач горизонтального відхилення (ПГВ) і пристрій синхронізації і запуску розгортки.
Канал Z призначений для передачі з входу Z на керуючий електрод ЕПТ сигналів, що модулюють яскравість світіння променя. Використання даної модуляції дозволяє отримати осцилограму, вигляд якої залежить від співвідношення частот досліджуваного (модулюючого) і зразкового сигналів.
Калібратори амплітуди і тривалості - це вбудовані в осцилограф генератори зразкових сигналів із заданими амплітудою і періодом. Зразкові сигнали подають на вхід Y осцилографа і використовують для калібрування каналів Y та X.
Види розгорток осцилографа
Напруга розгортки (НР) - напруга, яка подається окремо на пластини Y або X, або одночасно на пластини Y та X осцилографа і визначає траєкторію руху і швидкість переміщення променя на екрані ЕПТ у відсутності досліджуваного сигналу.
Розгортка - траєкторія руху променя на екрані ЕПТ під дією HP.
За формою розгортка поділяється на лінійну, еліптичну, кругову і спіральну.
Лінійна розгортка - розгортка, при якій HP подається на пластини Y або X осцилографа, і рухомий промінь за відсутності досліджуваного сигналу залишає слід на екрані ЕПТ у вигляді лінії. Швидкість руху променя визначається швидкістю зміни HP. Як правило, на практиці реалізується в основному лінійна горизонтальна розгортка, коли HP подається на пластини X, і траєкторією руху променя за відсутності досліджуваного сигналу є горизонтальна лінія. Тому далі під лінійною розгорткою будемо розуміти лінійну горизонтальну розгортку.
За формою HP лінійна розгортка поділяється на пилкоподібну, експоненціальну і синусоїдну. В основному застосовується пилкоподібна розгортка, так як HP забезпечує постійну швидкість руху променя по горизонталі.
Еліптична розгортка – розгортка, яку отримують в результаті подачі на пластини Y та X осцилографа HP у вигляді двох гармонійних напруг однієї і тієї ж частоти, зсунутих по фазі на π/2. При цьому слід на екрані ЕПТ від рухомого променя за відсутності досліджуваного сигналу представляє собою еліпс, вісі якого співпадають з вертикаллю і горизонталлю. Співвідношення вісей еліпса залежить від співвідношення амплітуд гармонійних напруг U1 і U2.
Кругова розгортка є окремим випадком еліптичної, коли співвідношення між U1 і U2 підібрані таким чином, щоб відхилення променя по горизонталі і вертикалі були рівними. У цьому випадку рухомий промінь за відсутності досліджуваного сигналу залишає слід на екрані ЕПТ у вигляді кола.
Спіральна розгортка - розгортка, яку отримують в результаті подачі на пластини Y та X осцилографа HP у вигляді, необхідній для отримання кругової розгортки, але відрізняється тим, що амплітуди U1 і U2 змінюються в часі за лінійним законом. Тоді рухомий промінь за відсутності досліджуваного сигналу буде залишати слід на екрані ЕПТ у вигляді архімедової спіралі.
В основному застосовуються два види лінійної пилкоподібної розгортки: автоколивальна і розгортка з очікуванням.
Автоколивальна розгортка
Автоколивальна розгортка (АР) - розгортка, при якій промінь безперервно, періодично переміщується по горизонталі. Тому АР називають також безперервною періодичною розгорткою.
АР застосовується при дослідженні періодичних сигналів та імпульсних сигналів з ​​малою шпаруватістю.
Шпаруватість Θ - безрозмірна величина, що дорівнює відношенню періоду повторення Т імпульсного сигналу до тривалості τ поодинокого імпульсу (рисунок 5.2 а)):
Θ=T/τ. (5.1)
АР створюється пилкоподібною HP від ГР, що працює в автоколивальному режимі. У цьому випадку HP подається на пластини X ЕПТ при наявності та у відсутності сигналу запуску, що надходить на вхід ГР.
Пилкоподібна HP Up характеризується в загальному випадку початковим рівнем U0, розмахом Um тривалістю прямого ходу Tп, зворотного ходу Tзв, і блокування Tбл (рисунок 5.2 б)). За час Tп HP зростає за лінійним законом від величини U0 до Um. Промінь на екрані ЕПТ переміщується під дією HP зліва направо з постійною швидкістю, так як dUp/dt=const.Величини U0 і Um вибираються так, щоб промінь на початку прямого ходу знаходився в крайньому лівому положенні на горизонталі екрану, а по закінченні прямого ходу перемістився в крайнє праве положення екрану. Протягом часу Tзв промінь повертається у вихідне положення. За час Tбл затухають перехідні процеси і АР повторюється знову з періодом Tp. Якщо Tp≤0,04 с, то через інерційність людського ока зображення на екрані ЕПТ сприймається як безперервна лінія. Для отримання високоякісної осцилограми потрібне виконання умови: (Tзв+Tбл)≪Tп.










U0

а)
б)

Рисунок 5.2 (а – імпульсний сигнал, б – напруга пилкоподібної форми)
Щоб провести дослідження сигналу при АР, тобто визначити його форму і виміряти параметри, необхідно забезпечити нерухомість осцилограми досліджуваного сигналу. Для цього потрібно виконати умову синхронізації, тобто щоб період АР Tp був кратний періоду Tx досліджуваного сигналу Ux:
Tp=nTx , n=1,2,3,… . (5.2)
При n=1 частина Ux, що відповідає Tзв+Tбл не відтворюється. Тому доцільно вибирати n=2, так як в цьому випадку спостерігається повністю один період Ux. Використання n>3 призводить до погіршення детальності осцилограми. Якщо умова синхронізації не виконана (n - не ціле число), то проводити вимірювання неможливо.
Синхронізація забезпечується за допомогою пристрою синхронізації і може бути внутрішньою і зовнішньою.
Внутрішня синхронізація - це синхронізація самим досліджуваним сигналом Ux, який подається з каналу Y в пристрій синхронізації, де з Ux формуються короткі однополярні імпульси (сигнали запуску) з періодом надходження, кратним періоду Tx. Отримані імпульси поступають на вхід ГР і керують його запуском.
Зовнішня синхронізація - це синхронізація, при якій сигнали запуску подаються ззовні на вхід X. Зовнішні сигнали запуску також повинні бути синхронними з досліджуваним сигналом.
АР має два недоліки. Вона не дозволяє: 1) спостерігати неперіодичні сигнали; 2) досліджувати імпульсні сигнали з великою шпаруватістю.
Основні параметри каналу Y
Канал Y можна представити чотириполюсником, вхідні затискачі якого є входом Y осцилографа, а вихідні затискачі підключені до пластин Y ЕПТ. При передачі через канал Y досліджуваний сигнал піддається спотворенням. Щоб осцилограма відтворювала форму досліджуваного сигналу із заданою для осцилографа точністю, необхідно, щоб забезпечувалося виконання певних співвідношень між параметрами досліджуваного сигналу і параметрами каналу Y.
Основними параметрами каналу Y є: 1) чутливість і коефіцієнт відхилення; 2) вхідні активний опір Rвх і ємність Cвх; 3) параметри амплітудно-частотної характеристики (АЧХ) і перехідної характеристики.
Чутливість ε - відношення величини розміру видимого відхилення променя h до значення величини поданої на вхід Y напруги U, яка викликала дане відхилення:
ε=hU=KhвU, (5.3)де К - коефіцієнт передачі каналу Y, hв - чутливість ЕПТ до вертикального відхилення променя.
Коефіцієнт відхилення kв - величина, зворотна чутливості, яка виражається в "В/см", "В/под" або "V/под". Значення kв відповідають ряду
k=[1,2,5]10n (5.4)
де n=-3,-2,-1,0,1,2 і при даних U і kв визначаються відповідними величинами K.
CP
ВхiдY
U1
C1
C2
R1
R2
U2
g/gсgв/gс

t0
0,10,91
a)
б)

Рисунок 5.3 (а - дволанковий атенюатор (дільник напруги), б – перехідна характеристика каналу Y)
До складу ВП каналу Y входить атенюатор (дільник напруги), за допомогою якого можна отримати те чи інше значення kв. На передній панелі осцилографа є ручка перемикача «В/см», «В/под» або «V/под», яка з'єднує ланки атенюатора з різними значеннями коефіцієнта передачі Kam, які визначають значення
K=KamKocm, (5.5)
де Kocm - коефіцієнт передачі всіх вимірювальних перетворювачів, крім атенюатора, що входять до складу каналу Y. При даному Kam на середніх частотах смуги пропускання Kam≈const.
Найпростіший (дволанковий) атенюатор – чотириполюсник що включає два резистора R1 і R2 і два конденсатори C1 і C2 (рисунок 5.3 а). Коефіцієнт передачі дільника
Kam=U2U1=Z2Z1+Z2, (5.6) Z1=R11+jωR1C1, Z2=R21+jωR2C2. (5.7)Якщо R1C1=R2C2, то
Kam=R2R1+R2=C1C1+C2, (5.8)тобто Kam не залежить від частоти.
Тому постійні часу R1C1 і R2C2 ланок атенюатора, що входять до складу каналу Y, роблять однаковими, і забезпечують для обраних двох ланок постійний Kam в широкому діапазоні частот. Величина Kam змінюється при перемиканні обох ланок, але так, що вхідний опір
Rвх=R1+R2 (5.9)
залишається практично незмінним.
Cвх визначається значенням еквівалентної ємності аттенюатора Cе=C1C2/(C1+C2), вхідної ємності ПВВ та паразитної ємності монтажу. Для більшості осцилографів Rвх=1 МОм, Cвх=30÷70 пФ.
Досліджуваний сигнал може надходити в атенюатор безпосередньо (режим з відкритим входом) або через розділовий конденсатор (режим із закритим входом). Для перемикання режимів служить перемикач, розташований на передній панелі осцилографа.
При оцінці властивостей каналу Y, розглянутого як лінійний ланцюг, враховують наступні параметри АЧХ: верхню fв і нижню fн граничні частоти, смугу пропускання ∆f=fв-fн. Величини fв і fн визначаються за зменшенням K не більше ніж на 3 дБ (у 2 рази) відносно його середнього значення.
При дослідженні імпульсних сигналів використовують перехідну характеристику g(t) (рисунок 5.3 б), яка являє собою вихідний сигнал Uвих(t), що надходить на пластини Y ЕПТ, коли на вхід Y подається сигнал Uвх(t) у вигляді прямокутного імпульсу з тривалістю імпульсу τі. Форма gt оцінюється сталим значенням gс, викидом gв відносно gс, нерівномірністю gсп і часом наростання τн. Під величиною τн розуміють інтервал часу, необхідний для наростання вихідного сигналу від 0,1gс до 0,9gс. τн тим більше, чим менше fв:
τн≈0,35/fв. (5.10)
Для проведення дослідження сигналу за допомогою даного осцилографа необхідно переконатися в тому, щоб розмір зображення по вертикалі був зручний для спостереження, тобто необхідно виставити такий kв, якому відповідає відхилення променя по вертикалі на весь екран. Якщо амплітуда досліджуваного сигналу мала, то навіть при мінімальному kв (максимальній ε) розмір зображення по вертикалі може бути дрібним - менше однієї поділки. У цьому випадку потрібно вибрати осцилограф з більшою ε. Якщо амплітуда досліджуваного сигналу настільки велика, що навіть при максимальному kв (мінімальній ε) розмір зображення по вертикалі більше розміру екрана, то використовується виносний дільник напруги.
Rвх і Cвх повинні відповідати значенням параметрів досліджуваного ланцюга. Якщо R і С - величини активного опору і ємності ділянки кола, паралельно до якого приєднаний вхід Y, то повинні виконуватися нерівності:
Rвх≫R і Cвх≪C. (5.11)
При дослідженні періодичних сигналів з частотою fінеобхідно, щоб виконувалася умова
∆f>fі. (5.12)
Якщо досліджується імпульсний сигнал з тривалістю фронту τф, то щоб фронт імпульсу передавався через канал Y без помітних спотворень, необхідно дотриматися вимоги:
τн≤τф/5 або fв≥1,75/τн. (5.13)
Якщо вимога (5.13) не виконується, то осцилограма імпульсу помітно спотворюється - значно зменшується крутизна фронту і зрізу імпульсу. У більшості осцилографах передбачається можливість подачі досліджуваного сигналу безпосередньо на пластини Y ЕПТ. Смуга пропускання пластин Y завжди ширша ∆f каналу Y. Тому, якщо амплітуда імпульсу достатньо велика, його доцільно подати безпосередньо на пластини Y ЕПТ.
Основні параметри каналу X
Передбачено два режими роботи каналу X: 1) формування HP і її передача на пластини X ЕПТ; 2) підсилення і передача на пластини X зовнішнього сигналу з входу X.
У першому режимі канал X характеризується параметрами HP, що виробляється ГР, і параметрами синхронізації. У другому режимі параметри каналу X аналогічні параметрам каналу Y.
Параметрами HP є коефіцієнт розгортки, амплітуда і коефіцієнт нелінійності.
Коефіцієнт розгортки kр - відношення значення тривалості Tп (див. рисунок 5.2 б) до значення переміщення променя l на екрані ЕПТ протягом Tп:
kр=Tп/l, (5.14) яке виражається в “Час/см” або “Час/под.”. Значення kр відповідають ряду (5.4) і визначають величину dUр/dt на ділянці прямого ходу променя HP, тобто швидкість руху променя по горизонталі.
Ділянка зростання пилкоподібної HP не буває строго лінійною. Часто напруга на цьому відрізку змінюється за експонентою, близькою за формою до прямої лінії. Швидкість dUр/dt експоненціальної розгортки на відміну від швидкості лінійної розгортки непостійна: вона зменшується від початку до кінця розгортки.
Коефіцієнт нелінійності γ - кількісна міра нелінійності ділянки зростання HP, яка характеризує ступінь мінливості швидкості зміни напруги розгортки на початку та наприкінці прямого ходу променя:
γ=100dUрdtt=0-dUрdtt=Tп /dUрdtt=0 (5.15)До параметрів синхронізації відносяться діапазон частот, в якому забезпечується внутрішня або зовнішня синхронізація, граничний рівень і нестабільність синхронізації.
Граничний рівень синхронізації - мінімальне значення напруги сигналу синхронізації, необхідної для отримання стабільного зображення.
Нестабільність синхронізації - нечіткість зображення сигналу по горизонталі.
Універсальний осцилограф
Універсальний осцилограф - осцилограф, в якому досліджуваний сигнал подається через канал Y на вертикально відхиляючу систему ЕПТ, а горизонтальне відхилення променя здійснюється напругою ГР.

Рисунок 5.4 - Структурна схема двоканального універсального осцилографа
Структурна схема однопроменевого двоканального універсального осцилографа представлена ​​на рисунку 5.4. Вона включає всі основні елементи узагальненої структурної схеми електронно-променевого осцилографа: ЕПТ зі схемою керування променем; канали Y, X і Z; калібратори амплітуди і тривалості. Розглянемо деякі особливості даної схеми.
Канал Y складається з двох каналів, на входи яких Y1 й Y2 можуть бути подані досліджувані сигнали.
Вхідні пристрої ВП1 і ВП2 включають вхідні ланцюги і атенюатори. Вхідні ланцюги забезпечують комутацію режиму входів Y1 і Y2 (відкритий або закритий). За допомогою атенюаторів змінюються значення kв.
Структурно ПВВ розбивається на попередні ПВВ1, ПВВ2 і кінцевий ПВВ, між якими ввімкнені ЕК та лінія затримки (ЛЗ). У попередніх ПВВ1, ПВВ2 зосереджені всі необхідні регулювання, а на їх виходах виробляються сигнали, що керують запуском ГР при внутрішній синхронізації. ЛЗ забезпечує неспотворене відтворення фронту імпульсу в режимі розгортки з очікуванням. Величина часу затримки може становити tз=(0,12÷0,25)мкс. На виході кінцевого ПВВ підсилені вхідні сигнали перетворюються в симетричні (протифазні) напруги, що подаються на пластини Y ЕПТ. Симетричність напруг - обов'язкова умова для одержання високоякісних осцилограм.
В універсальних осцилографах є можливість відключення пластин Y ЕПТ від виходу кінцевого ПВВ так, що ПВВ може бути використаний як самостійний підсилювач, а досліджуваний сигнал - поданий прямо (без спотворень в каналі Y) на пластини Y ЕПТ.
За допомогою ЕК здійснюється почергова подача досліджуваних сигналів з ​​входів Y1 і Y2 на пластини Y ЕПТ і реалізуються такі типові режими роботи двоканального осцилографа:
- одноканальний режим (Y1 або Y2) - на екрані ЕПТ спостерігається тільки один сигнал, що надходить з входів Y1 або Y2;
- режим чергування каналів - на екрані ЕПТ по черзі з частотою HP спостерігаються обидва сигнали, що надходять з входів Y1 і Y2;
- режим переривання - на екрані ЕПТ по черзі з частотою 0,5 - 1 МГц спостерігаються обидва сигнали, що надходять з входів Y1 і Y2;
- режим алгебраїчного додавання (Y1± Y2) - на екрані ЕПТ спостерігається сигнал, що представляє суму чи різницю сигналів, що надходять з входів Y1 і Y2.
Канал X складається з перемикача входу, пристрою і синхронізації і запуску розгортки (ПС і ЗР), ГР та ПГВ.
Перемикач входу дозволяє: 1) вибрати вид синхронізації розгортки осцилографа (внутрішня чи зовнішня); 2) подати зовнішній сигнал з входу X на вхід ПГВ, який після підсилення надходить на пластини X ЕПТ (ГР при цьому вимикається); 3) здійснити перемикання режиму входу X ( відкритий і закритий) і дискретна зміна рівня вхідного сигналу.
ПС і ЗР призначене для: 1) перетворення різних за амплітудою і формою сигналів синхронізації або запуску в стандартні імпульси, що впливають на ГР; 2) забезпечення вибору моменту часу запуску розгортки, що відповідає певному рівню досліджуваного сигналу.
ГР призначений для формування пилкоподібної НР.
ПГВ призначений для: 1) підсилення вхідних сигналів та їх перетворення в симетричні (протифазні) напруги, що подаються на пластини X ЕПТ; 2) забезпечення розтяжки розгортки, тобто зміни в певну кількість разів масштабу розгортки з метою збільшення зображення по горизонталі.
Канал Z призначений для впливу на яскравість світіння екрана ЕПТ протягом певного інтервалу часу.
Калібратори амплітуди і тривалості є вбудованими мірами сигналів. З їх допомогою перед вимірюваннями встановлюються необхідні значення kв і kр.
Програма роботиОзнайомитися з теоретичними положеннями згідно теми лабораторної роботи і технічними даними та елементами конструкції осцилографа С1-77 (Додаток 1).
Отримати експериментальні дані, виконавши вправи згідно завдання.
Порядок виконання роботи
1. Перевірити готовність осцилографа С1-77 і генератора Г6-37 до вимірювань. Г6-37 відтворює сигнали синусоїдальної, трикутної, прямокутної (меандр) і пилкоподібно-імпульсної форм. Знайомство з експлуатацією генератора проводиться безпосередньо на робочому місці.
2. Отримати експериментальні дані, виконавши наступні вправи:
Вправа 1. Керування розгорткою, що створюється ГР осцилографа.
Перевести ЕК 15 в положення «I». Ручкою резистора 9 (рисунок Д.1) встановити лінію розгортки в центр екрану. Виставити ручку резистора 24 в таке положення, при якому слід від променя по горизонталі займає 8 великих поділок. Ручкою резистора 3 встановити яскравість зображення, зручну для спостереження. Обертанням ручки резистора 4 досягти однакової чіткості зображення по всій лінії розгортки.
Перемикач 22 встановлений в положенні «1ms», яке означає, що промінь під дією HP рухається по горизонталі з постійною швидкістю і одна велика поділка проходить за час 1 мс або, коротко, одна велика поділка по горизонталі відповідає інтервалу часу 1 мс. Аналогічно, в іншому положення перемикача 22 одна велика поділка по горизонталі дорівнює інтервалу часу, що відповідає даному положенню.
Коли перемикач 22 встановлено в положенні «1ms» через інерційності людського ока траєкторія руху променя сприймається нами як горизонтальна лінія. Шляхом послідовної зміни положень перемикача 22 із положення «l ms» в «200 ms» і з «l ms» в «0,1ms» поспостерігати зміну виду сприйманого зображення траєкторії і яскравості зображення.
Зафіксувати будь-яке з положень перемикача 22. Поспостерігати зміни виду сприйманого зображення траєкторії і яскравості зображення при установці ручки резистора 24 в положення «×0,2».
Перевести ручку резистора 24 в положення «×1», ЕК 15 - в положення «II», перемикач 22 - в положенні «1 ms». Ручкою резистора 10 встановити лінію розгортки в центр екрану. Провести дослідження, аналогічне дослідженню в положенні «I» ЕК 15.
Зробити висновок про те, як змінюється вигляд сприйманого зображення траєкторії руху променя і яскравості зображення залежно від положення перемикача 22, тобто в залежності від швидкості розгортки.
Вправа 2. Перевірка калібрування коефіцієнтів відхилення kв та розгортки kр. Перевести ручку резистора 24 в положення «×1», ЕК 15 - в положення «I», перемикач 22 - в положенні «1ms». Переконатися, що ручки резисторів 7 і 23 встановлені в крайнє праве положення. Встановити перемикач 5 у положення « 5дел». На екрані повинно з’явитися зображення меандра. За допомогою резистора 24 поєднати один з фронтів імпульсу на початковому етапі розгортки з першою вертикальною лінією на екрані ЕПТ.
Меандр генерує калібратор. Амплітуда сигналу дорівнює 1 В, частота - 1 кГц. Відзначимо, що kв і kр є каліброваними тоді, коли розмах меандру становить 5 поділок по вертикалі і восьмий період сигналу збігається з останньою вертикальною лінією шкали на екрані ЕПТ.
Якщо розмах меандру не дорівнює 5 поділкам, то за допомогою резистора 13 стиснути /розтягнути зображення по вертикалі і встановити необхідний розмах сигналу. Якщо 8 періодів меандру не розміщуються на екрані ЕПТ, то за допомогою резистора « ×1» стиснути / розтягнути зображення по горизонталі до необхідного розміру.
Встановити ручку резистора 24 в положення «×0,2». У цьому випадку період меандру повинен укладатися на 5 великих горизонтальних поділках шкали. У разі невідповідності за допомогою резистора « ×0,2» провести необхідне коректування.
Перевести ручку резистора 24 в положення «×1», ЕК - в положення «II». Переконатися, що ручка резистора 8 встановлена ​​в крайнє праве положення. Встановити перемикач 6 в положення « 5под». Провести перевірку, аналогічну перевірці в положенні «І» ЕК 15, використовуючи для стиснення / розтягування зображення по вертикалі резистор 14.
Вправа 3. Вимірювання амплітуди, періоду Т і частоти f досліджуваного сигналу. У звіті зобразити три шкали, аналогічних шкалі осцилографа, із зазначенням п'яти параметрів: положень перемикачів 5 і 22, значень U0, Т і f, обчислюваних по положенню перемикачів 5 і 22 (рисунок 5.5 а). У заголовку першого рисунка вказати «синусоїдальний сигнал», другого - «трикутний сигнал» і третього - «меандр».

Рисунок 5.5 (а – шкала і параметри, б – приклад зображення синусоїди на шкалі і вказівки значень параметрів)
Перевести ЕК 15 в положення «I», перемикачі 5 і 6 - в положення, відмінні від « 5 под», ручки резисторів 7, 8 і 19 - в крайнє праве положення, перемикач 22 - в положення «1ms», ручку резистора 24 – в положення «×1». За допомогою резисторів 9 і 24 отримати зображення горизонтальної лінії, довжиною 8 великих поділок, в центрі екрану.
З генератора Г6-37 подати досліджувану синусоїду (за завданням викладача) на вхід 16. Перевести перемикач 5 у таке положення, щоб розмах зображення сигналу становив близько п'яти великих поділок. За допомогою резистора 19 добитися стійкого зображення. Перевести перемикач 22 в положення, при якому спостерігаються 1 - 2 періоди синусоїди. Встановити ручку резистора 9 так, щоб мінімальний рівень сигналу збігався з однією з нижніх ліній шкали, а максимальний - знаходився в межах екрану. Встановити ручку резистора 24 в положення, при якому один з верхніх піків синусоїди знаходився на вертикальній верхній лінії. Виміряти розмах сигналу у вертикальних поділках, період у горизонтальних поділках. Визначити U0, Т і f синусоїди. Зобразити на підготовленій шкалі синусоїду, вказати значення параметрів.
Наприклад, отримано зображення синусоїди, показане на рисунку 5.5 б. При цьому перемикач 5 знаходиться в положенні «5», перемикач 22 - у положенні «l ms». Розмах сигналу Um становить 4 великі поділки, період Т - 4 великі поділки. Одна велика поділка по вертикалі відповідає напрузі 5 В, одна велика поділка по горизонталі - часу 1 ms. Таким чином, Um=4×5=20 В, U0=Um/2=10 В, T=4×1=4 мс, f=1/T=250 Гц.Встановити ЕК 15 в положення «II». Подати досліджувану синусоїду (за завданням викладача) на вхід 17. Як у випадку використання каналу I, отримати зображення синусоїди і визначити U0, T та f. Рисунок сигналу на підготовленій шкалі і вказівка значень параметрів в даному випадку не потрібні.
Аналогічні дослідження провести при подачі на входи 16 і 17 трикутного сигнал і меандру.
Вправа 4. Робота тракту вертикального відхилення в режимах переривчасто «…», почергово «→→» і додавання сигналів «І±ІІ».У режимі роботи «…» на екрані ЕПТ спостерігаються досліджувані сигнали каналів I і II. Перемикання каналів здійснюється з частотою порядку 100 кГц. Режим «…» використовується при швидкостях розгортки 0,5 мс/под і нижче. При більш високих швидкостях розгортки стають видимими моменти перемикання каналів, що ускладнює спостереження досліджуваних сигналів.
У режимі роботи «→→» на екрані ЕПТ також спостерігаються досліджувані сигнали каналів I і II. Перемикання каналів здійснюється після кожного прямого ходу розгортки. Протягом першого прямого ходу розгортки досліджуваний сигнал надходить з каналу I, а протягом наступного прямого ходу з каналу II. Режим «→→» використовується при швидкостях розгортки 0,5 мс/под і вище. При більш низьких швидкостях розгортки моменти перемикання каналів стають видимими, що ускладнює спостереження досліджуваних сигналів.
У режимі роботи «І±ІІ» на екрані ЕПТ спостерігається сума або різниця сигналів, що надходять з каналів I і II, в залежності від положення перемикача 18.
Подати два однакових меандра з частотою (100÷500) Гц на входи 16 і 17. Отримати стійке зображення меандрів при установці ЕК 15 в положення «І» і «ІІ» так, щоб спостерігалося 1 - 2 періоди досліджуваних сигналів, а розмах становив 4-5 поділок. Перевести ЕК 15 в положення «…». На екрані повинні спостерігатися два меандри, положення яких по вертикалі можна змінювати за допомогою резисторів 9 і 10. Перевести ЕК 15 в положення «→→». Переконатися в тому, що зображення сигналів стає мерехтливим і незручним для спостереження.
Подати два однакових меандри з частотою (5÷10) кГц на входи 16 і 17. Отримати стійке зображення меандрів при тих же вимогах, що і при подачі меандрів з частотою (100÷500) Гц. Перевести ЕК 15 в положення «→→». На екрані повинні спостерігатися два меандри. Перекласти ЕК 15 в положення «…». Переконатися в тому, що зображення сигналів стає мерехтливим і незручним для спостереження.
Перевести ЕК в положення «→→». Встановити ручками резисторів 7 і 8 величини розмахів меандрів, рівні трьом великим поділкам. Перемістити зображення меандрів в центр екрану.
Перевести ЕК 15 в положення «І±ІІ», перемикач 18 - в положення « + ». У цьому випадку сигнали каналів складаються, і на екрані повинно спостерігатися зображення меандру з розмахом, рівним шести великим вертикальним поділкам. Встановити перемикач 18 в положення « - ». При цьому сигнали каналів віднімаються, і на екрані повинно спостерігатися зображення меандру з розмахом, рівним нулю, тобто пряма лінія.
Вправа 5. Послідовне включення каналів I і II. При послідовному ввімкнені каналів I і II, щоб забезпечити kв=0,002 В/под, необхідно перемикачі 5 і 6 встановити в положення 0,005.
Перевести ЕК 15 в положення «I», ручки резисторів 7 і 8 - в крайнє праве положення, перемикачі 5 і 6 - в положення «0,005». Подати в канал I синусоїду з амплітудою ~0,002 В і частотою ~ 1 кГц. Отримати стійке зображення досліджуваного сигналу. Переконатися, що розмах синусоїди не перевищує однієї великої поділки.
З'єднати кабелем роз'єми « І» і 17, перевести ЕК 15 в положення «II». Отримати стійке зображення досліджуваного сигналу. Розмах синусоїди повинен становити близько двох великих поділок.
Зміст звіту
1. Мета роботи.
2. Устаткування.
3. Вказати номери вправ та їх назву, зробити висновки по вправам.
4. В електронному вигляді підготувати малюнки шкал з синусоїдою, трикутним сигналом і меандром, вказати параметри. Рисунки роздрукувати на аркуші формату А4.
Контрольні питання
1. Вказати призначення та застосування осцилографа, перелічити види осцилографів.
2. Пояснити призначення основних елементів узагальненої структурної схеми осцилографа.
3. Перелічити основні види осцилографічних розгорток, дати їх визначення.
4. АР: дати визначення, пояснити, як АР створюється і коли застосовується.
5. Пояснити призначення і умову синхронізації при АР, перерахувати види синхронізації.
6. Перерахувати основні параметри каналу Y, дати їх визначення.
7. Перерахувати основні параметри каналу X, дати їх визначення.
8. Пояснити призначення основних елементів структурної схеми двоканального універсального осцилографа.
9. Які основні технічні дані і елементи конструкції універсального осцилографа С1-77?
ЛІТЕРАТУРА
1. Підручник: у двох томах / М. Дорожовець, В. Мотало, Б. Стадник, В. Василюк, Р. Борек, А Ковальчик; За ред Б. Стадника. Львів: Видавництво Львівської політехніки, 2005. Формат 170 х 240 мм. Тверда оправа. Т. 1. Основи метрології. 532 с. ISBN 966-553-311-8 Т. 2. Вимірювальна техніка. 656 с. ISBN 966-553-310-8.
2.Тарасова В.В.,Малиновський А.С.,Рибак М.Ф., Метрологія, стандартизація і сертифікація.Підручник/За заг.ред.В.В Тарасової.-К.:Центр навчальної літератури, 2006.-264с.
3. Метрологія та вимірювальна техніка: Підручник/Є.С. Поліщук, М.М. Дорожовець, В.О. Яцук, В.М. Ванько, Т.Г. Бойко; За ред. Проф.. Є.С. Поліщука.- Львів: Видавництво «Бескид Біт», 2003.- 544 с.
4. Туяхов А.І. Практична метрологія і виміри. Навчальний посібник – Севастополь: «Вебер», 2003. – 288 с.
5.Закон України про метрологію та метрологічну діяльність від 11.02.1998/Документ 113/98-вр, остання редакція від 01.01.2005 на підставі 1765-15, чинний.
6. Электронные измерительные приборы и методы измерений/ под. ред. Ф. К. Мейзда -М.:мир. - 1990.
7. Измерение электрических и неэлектрических величин: Учеб. Пособие для вузов./Н.Н. Евтихиев, Я.А. Купершмидт, В.Ф. Папуловский, В.Н. Скугоров; под. общ. ред. Н.Н. Евтихиева.-М.: Энергоатомиздат, 1990. – 352 с.: ил.
8. Основы метрологии и электрические измерения: Учебник для вузов / Б.Я.Авдеев, Е.М. Антонюк, Е.М. Душин, и др. Под ред. Е. Душина - 6-е изд., перераб. и доп. - Л.: Энергоатомиздат, 1987. - 480с.
9. Саранча Г.А. Метрологія і стандартизація. – К.: Либідь – 1997. – 191 с.
10. Сергеев А.Г., Латышев М.В., Терегеря В.В. Метрология, стандартизация, спецификация. Учебное пособие. – М.: Логос, 2003. – 536 с.
Додаток 1
1.1. Технічні дані універсального осцилографа С1-77
У даному розділі використовуються скорочення, прийняті в лабораторній роботі № 5.
С1-77 - однопроменевий двоканальний універсальний осцилограф, який призначений для дослідження форми електричних сигналів шляхом візуального спостереження в смузі частот (0÷10) МГц, вимірювання розмахів напруги в діапазоні (0,01÷200) В і годинних інтервалів від 10-7 до 0,4 с.
Робоча частина екрану осцилографа складає 80 мм по горизонталі та 60 мм по вертикалі (8 і 6 великих поділок по 10 мм по горизонталі і вертикалі).
Тракт вертикального відхилення (канал Y) забезпечує наступні режими роботи: а) з одного першого каналу (канал I); б) з одного другого каналу (канал ІІ); в) переривчасте зображення за один хід розгортки (переривчасто); г) почергове зображення з частотою проходження розгорток (по черзі); д) алгебраїчне додавання сигналів з обох каналів (І±ІІ).
Тракт горизонтального відхилення (канал X) забезпечує наступні види робіт: а) розгортку сигналу по горизонталі в автоколивальному режимі; б) розгортку сигналу по горизонталі в режимі очікування; в) вхід зовнішнього сигналу на ПГВ (вхід X).
Внутрішнє джерело каліброваної напруги виробляє П-подібні імпульси з частотою повторення 1 кГц і розмахом напруги 1 В (номінальні значення).
Значення коефіцієнта відхилення kв становлять:
а) калібрування kв каналів I і II тракту вертикального відхилення (номінальні значення): 0,005; 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 2; 5; 10 В/под. Забезпечується можливість плавного регулювання значення kв з перекриттям не менше 2,5;
б) мінімальний kв при послідовному ввімкнені каналів I і II тракту вертикального відхилення становить 0,002 В/под.
Калібровані kр коефіцієнти розгортки (номінальні значення) складають: 0,1; 0,2; 0,5; 1; 2, 5, 10, 20, 50, 100, 200, 500; 1×103; 2×103; 5×103; 10×103; 20×103; 50×103 мкс/под. Забезпечується можливість зменшення тривалості розгорток за допомогою множника «×0,2».
Смуга пропускання тракту вертикального відхилення: а) кожного з каналів I і II - від 0 до 10 МГц при опорній частоті 1 кГц; б) при послідовному ввімкнені каналів - від 0 до 2 МГц при опорній частоті 1 кГц; в) з входу «Пластини Y »- від 0 до 30 МГц при опорній частоті 100 кГц.
Смуга пропускання тракту горизонтального відхилення - від 0 до 1 МГц при опорній частоті 1 кГц.
Продовження додатку 1
Внутрішня і зовнішня синхронізація здійснюється синусоїдними сигналами в діапазоні частот від 10-5 до 10 МГц та імпульсними сигналами обох полярностей тривалістю від 10-7 до 1 с при розмаху зображення на екрані від 0,5 до 6 великих поділок (внутрішня синхронізація) і при розмаху напруги (0,5÷20) В (зовнішня синхронізація).
Параметри входів: а) вхідний активний опір кожного каналу тракту вертикального відхилення при відкритому вході становить (1,00 ± 0,02) МОм з паралельною ємністю (30 ± 3) пФ при безпосередньому вході і становить (1,00 ± 0,02) МОм з паралельною ємністю не більше 12 пФ з виносним дільником; б) вхідний активний опір входу зовнішньої синхронізації і входу на ПГВ « Х» рівний 50 кОм з паралельною ємністю не більше 30 пФ (з гнізда «1:1») і 750 кОм з паралельною ємністю не більше 15 пФ (з гнізда «1:10»); вхідний активний опір входу «Пластини Y» дорівнює (1,0±0,2) МОм з паралельною ємністю не більше 20 пФ.
Максимальний розмах напруги досліджуваного сигналу не повинен перевищувати: 60 В на безпосередньому вході кожного каналу; 200 В на вході кожного каналу з виносним дільником 1:10; 8 В на вході тракту горизонтального відхилення.
Модуляція променя за яскравістю забезпечується при подачі на гніздо сигналу обох полярностей амплітудою від 2 до 20 В у діапазоні частот від 20×10-6 до 2 МГц.
Елементи конструкції осцилографа С1-77
Осцилограф С1-77 є переносним настільним приладом. Каркас, в якому виконаний осцилограф, включає дві несучі литі рами (передню і задню), з'єднані між собою стяжками. Спереду і ззаду каркас закривається панелями, а зверху і знизу - двома П - подібними кришками, які кріпляться до стяжок за допомогою спеціальних замків. Для забезпечення необхідної природної вентиляцією і полегшення теплового режиму роботи осцилографа кришки мають перфорацію. Перенесення осцилографа здійснюється за допомогою ручки з фіксатором, яка одночасно служить підставкою, що дозволяє розміщувати осцилограф в похилому положенні до оператора.
На передній панелі осцилографа розташовані екран 1 ЕПТ (рисунок Д.1) і органи керування ЕПТ, тракту вертикального відхилення, синхронізації і органи керування розгорткою.
Органи керування ЕПТ включають резистори 2, 3 і 4, за допомогою яких регулюються освітлення шкали на екрані ЕПТ, яскравість і чіткість (фокус) зображення, відповідно.
Органи керування тракту вертикального відхилення включають:
- перемикачі «V/под» 5 і 6 для установки каліброваних значень kв каналів I і II;
Продовження додатку 1
- резистори 7 і 8, які забезпечують плавне регулювання значень kв каналів I і II з перекриттям не менше ніж в 2,5 рази в кожному положенні перемикачів 5 і 6;

Рисунок Д.1 - Передня панель осцилографа С1-77
- резистори 9 і 10 для регулювання положення променів каналів I і II по вертикалі;
- тумблери 11 і 12 вибору входів каналів I і II;
- резистори 13 і 14 для регулювання значень kв каналів I і II;
- ЕК 15 для установки режимів тракту вертикального відхилення - канал I «I», канал ІІ «ІІ», переривчасто «…», почергово «→→» і додавання сигналів «І±ІІ»;
- високочастотні гнізда 16 та 17 для подачі досліджуваних сигналів у канали I і II;
- перемикач 18 фази досліджуваних сигналів (« + » - фаза сигналу не змінюється, « - » - фаза сигналу змінюється на 180о).
Продовження додатку 1
Органи керування синхронізації включають:
- резистор 19 «УРОВЕНЬ» для вибору рівня досліджуваного сигналу, при якому відбувається запуск розгортки;
- перемикачі 20 і 21 вибору синхронізуючого сигналу в положеннях:
«+,≃» і «-,≃» - розгортка синхронізується позитивним і негативним перепадами, відповідно, запускаючого сигналу з частотою проходження від 10 до 107 Гц; «+,~» і «-,~» - розгортка синхронізується позитивним і негативним перепадами, відповідно, запускаючого сигналу з частотою проходження від 10 до 107 Гц (не проходить постійна складова);
«ВНУТР І» і «ВНУТР І, ІІ» - розгортка синхронізується сигналами з каналу 1 і обох каналів, відповідно;
«ВНЕШ» - розгортка синхронізується зовнішнім сигналом;
« Х» - синхронізація не здійснюється, досліджуваний сигнал подається на вхід ПГВ.
Органи керування розгорткою включають:
- перемикач 22 «ВРЕМЯ/ДЕЛ» для установки каліброваних значень kр;
- резистор 23 для забезпечення плавного регулювання значень kв з перекриттям не менш ніж в 2,5 рази в кожному положенні перемикача 22;
- резистор 24 для переміщення променя по горизонталі при вибраній швидкості розгортки (положення «×1») і збільшеною в 5 разів швидкістю розгортки (положення «×0,2»);
- тумблер 25 для запуску режимів автоколивальної і розгорток з очікуванням.
На передній панелі розташований також тумблер 26 «СЕТЬ» для ввімкнення/вимкнення мережі живлення.
Органи керування та приєднання, що розташовані на правій бічній панелі осцилографа, включають:
- гнізда корпусу осцилографа, виходу каналу І « І», входів зовнішньої синхронізації без послаблення і з послабленням сигналу в 10 разів, для подачі досліджуваного сигналу на вхід ПГВ « Х» виходу пилкоподібної напруги і калібратора;
- резистори для калібрування швидкості розгортки « ×1» і « ×0,2», регулювання астигматизму і балансування каналу ІІ.
На лівій бічній панелі осцилографа розташований резистор для балансування каналу I.
На задній панелі осцилографа розташовані:
- роз'єм штепсельний для під'єднання шнурів живлення осцилографа до мережі ~115V/220V або джерела постійної напруги «+24 V»;
- тримачі запобіжників «1 А» і «2 А»;
- тумблер «~ 220 V (50 Hz, 60 Hz, 400 Hz), ~115 V (400 Hz)» для перемикання осцилографа на відповідну напругу мережі;
Продовження додатку 1
- тумблер «≃24V, ~115 V / 220 V» для вибору роботи осцилографа від джерела постійної напруги або від мережі змінного струму;
- гніздо « Z» для подачі сигналу, що модулює промінь за яскравістю;
- гніздо «┴» корпусу осцилографа;
- клема корпусна для заземлення корпусу осцилографа.
Підготовка осцилографа С1-77 до вимірювань
1. Заземлити корпус осцилографа перед підключенням до джерела живлення.
2. Перевірити наявність запобіжників на задній стінці осцилографа і їх відповідність величині сили струму.
3. Тумблери «~ 220 V(50 Hz, 60 Hz, 400 Hz), ~115 V (400 Hz)» і «≃24 V, ~115 V/220 V»встановити в потрібне положення.
4. Встановити органи керування на передній панелі в наступні положення (див. рисунок Д.1):
- резистор 3 - в крайнє ліве;
- резистор 4 - в середнє;
- перемикачі 5 і 6 - в «0,02»;
- резистори 7, 8 і 23 - в крайнє праве;
- резистори 9 і 10 - в середнє;
- тумблери 11 і 12 – в «~»;
- ЕК 15 – «→→»;
- резистор 19 - в крайнє праве;
- перемикач 20 – в «+,~»;
- перемикач 21 – в «ВНУТР І, ІІ»;
- перемикач 22 – в «1ms»;
- резистор 24 – в середнє, «×1»;
- тумблер 25 – в «АВТ.».
5. Підключити осцилограф до мережі й перевести тумблер 26 в положення «ВКЛ». При цьому повинна загорітися сигнальна лампочка. Прогріти осцилограф протягом 15 хвилин.

Приложенные файлы

  • docx 692332
    Размер файла: 660 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий