Порядок выполнения работы. Упражнение № 1. Определение индуктивности катушки и зависимости ее индуктивного сопротивления от частоты переменного тока

Упражнение № 1. Определение индуктивности катушки и зависимости ее индуктивного сопротивления от частоты переменного тока

1. Собрать схему установки, изображенной на рисунке 10, подключив к клеммам " L, C, ткань " катушку индуктивности.

Рисунок 10.

Структурная схема экспериментальной установки

2. Приступая к выполнению работы, установите следующие положения переключателей на осциллографе: кнопка " вход х "- в нажатом положении; ручки " стабильность" и " уровень "- в крайнее правое положение; ручку " вольт/делен. " - на 0,1 В/дел.

На звуковом генераторе (ЗГ): ручками " множитель " и " лимб частоты " (в виде диска) установить частоту 300 Гц (на лимбе частоты должно быть 3, а множитель в положении "100"); ручку " амплитуда " (регулировка выходного напряжения) - в среднее положение. Переключатель «форма» на звуковом генераторе установить в положение «~». Другие переключатели и кнопки на приборах устанавливаются преподавателем или лаборантом.

3. На макете ручку " потенциометр " поставить в крайнее левое положение - (минимум).

4. Включить осциллограф и генератор (тумблер «сеть» расположен на обратной стороне прибора) в сеть. Через 1-2 минуты приступить к измерениям. На осциллографе ручками «Ò» и “☼”, “↔” и ”↕” установить не очень яркую четкую светящуюся точку в центре экрана.

5. Плавным вращением ручки " потенциометр " на макете и " амлитуда " на ЗГ установить по микроамперметру на макете ток силой в 200 мкА.

6. Измерить значение напряжения на катушке с помощью осциллографа. Для этого ручкой " вольт/делен " подобрать такую цену деления, чтобы вертикальная светящаяся линия составляла от 3-х до 6 больших делений. Эффективное напряжение U_эф рассчитывается по формуле:

U_эф = (dy·Cy)/2,8,

где: dy - число делений по оси " Y " на осциллографе с точностью до 0,2 дел.

Cy - цена одного большого деления, задается ручкой " вольт/делен. " измеренные значения dy и Cy и вычисленные значения U_эф занесите в таблицу 1.

7. Повторить измерения при всех частотах (множитель частоты «1к» соответствует умножению на 1000, 10к - 10000), указанных в таблице 1, поддерживая с помощью ручки "потенциометр" на макете и "амплитуда " на ЗГ силу тока, равную 200 мкА!!! (если на высоких частотах не удается установить ток 200 мкА, то взять значение тока 100 мкА).

Результаты измерений занесите в таблицу 1.

Таблица 1

n, Гц	dy, дел.	Cy, В/дел.	Uэф, В	Iэф, мкА	R, Ом	Z, Ом	XL, Ом	L, Гн

8. Отсоединить катушку индуктивности от макета.

9. Рассчитать значения Z, X_L, L по формулам:

Z = U_эф/I_эф. .

Т.к. R (указано на катушке) мало в сравнении с Z, то будем считать X_L» Z.

10. Построить график зависимости X_L= f(n). По оси Х – частота n, по оси Y - Х_L.

Упражнение №2. Определение емкости конденсатора и зависимости его емкостного сопротивления от частоты переменного тока

1. К клеммам " L,C, ткань " макета подсоединить конденсатор С.

2. Измерить и рассчитать значения dy, Cy, U_эф, I_эф, Х_С, С и занести их в таблицу 2, устанавливая частоты, указанные в таблице 2. Методика измерений остается такой же, что и в упражнении 1.

3. Выключить приборы из сети и отключить конденсатор С.

4. По формулам:

Х_C=U_эф/I_эф;

рассчитать емкостное сопротивление Х_C и емкость конденсатора С.

Таблица 2

n, Гц	Dy, дел.	Cy,В/дел	Uэф, В	Iэф, мкА	Хс, Ом	С, Ф

5. Построить график зависимости Х_C= f (n). По оси Х – частоту ν, по оси Y - Хc.

Упражнение 3. Определение зависимости импеданса биологического объекта от частоты переменного тока и его активного сопротивления R_T

1. Поместить игольчатые электроды в объект (картофели0на) на расстоянии не менее 4 см и подсоединить их к клеммам " L,C, ТКАНЬ" макета.

2. Включить ЗГ и осциллограф в сеть.

3. Для частот, указанных в таблице 3 произвести измерения dy, Cy, U_эф, I_эф, Z и результаты занести в таблицу 3.

4. Отключить приборы от сети.

5. По формуле: Z=U_эф/I_эф, вычислить импеданс и построить график его зависимости от частоты переменного тока Z= f (n). По оси Х - n, по оси Y - Z. 0

6. Для n = 20000 Гц по графику оценить R_Т (см. рис.11) и по формуле: сos j = R_Т/Z, рассчитать сos j для исследуемых частот.

7. Из формулы при какой-то частоте найти величину электроемкости ткани между электродами в данных условиях при какой-то частоте, например при . Значение Z взять из таблицы 3 при выбранной частоте 1000 Гц.

, откуда .

Таблица 3

n, Гц	dy, дел.	Cy, В/дел.	Uэф, В	Iэф, мкА	Z, Ом	RТ, Ом
						RT≈Z При n = 20000 Гц

8. Сравнить графики упражнений 2 и 3 и сделать вывод о природе импеданса биологического объекта.

Рисунок 11.

Зависимость импеданса биологической ткани от частоты Z=f(ν)

(Импеданс ткани , где R_T – активное сопротивление ткани (R_T – const на всех частотах в данных условиях), . При частоте , поэтому . Таким образом, за активное сопротивление биологической ткани R_T в данном упражнении приблизительно принимаем значение импеданса Z при частоте ).

Контрольные вопросы

1. Основные характеристики переменного тока (мгновенные, амплитудные, эффективные значения напряжения и силы переменного тока, период, частоту и фазу переменного тока).

2. Теории цепей переменного тока с R, L и C - нагрузками с выводом формул, векторные диаграммы.

3. Формулы импеданса при последовательном и параллельном соединении R, L и C с построением векторных диаграмм и выводом формул.

4. Закон Ома для цепи переменного тока.

5. Эквивалентные электрические схемы и емкостно-омическую природу импеданса биологической ткани.

6. Физические основы реографии.

Дата добавления: 2014-12-07