Вимірювання ємностей менше 425 пф та тангенсу кута втрат конденсаторів

Виміряти параметри стандартної котушки №.

5.15.1 В розетку прилада 1-2 (Lx) включити штепселі стандартної котушки №.

5.15.2 Аналогічно пп. 7.2.1…7.2.5 провести вимірювання індуктивності, і паразитної ємності починаючи з встановлення частоти резонансу катушки № та ємності С (пФ) з табл.3.

5.15.3 Результати вимірювань на частотах f₁ і f₂ занести до табл. 5.5.

5.15.4 Обчислити С_е1, С_е2, індуктивність L_X та власну ємність С_L стандартної котушки № та занести до табл.5. 5.

Таблиця 5.5 - Результати вимірювань індуктивностей методом сукупних вимірювань з урахуванням впливу власної ємності котушки.

Котушка	Lном	f1	С1	Се1	f2	С2	Се2	LX	СL	dLx2
Дроссель
Станд.№

5.15.5 Значення відносних похибок вимірювання індуктивності непрямим методом з урахуванням власної ємності визначається логаримуванням та диференціювання формули (6) , звідки для відносних похибок вимірювання індуктивності dL_X2 маємо:

(7)

Обчислити значення похибки d_Lx2 та занести до табл.5.

5.16.1 Підключити конденсатор С з набору для вимірювань до затискачів Сx.

5.16.2 Підключити до затискачів Lx допоміжну котушку індуктивності №.

5.16.3 Встановлюють ємність вимірювального конденсатора С₁=50 пФ.

5.16.4 Змінюючи частоту генератора, знаходять резонанс -максимум Q.

5.16.5 Зменшуючи вимірювального конденсатора С₁, підбирають частоту генератора f₁ таким чином, щоб ємність вимірювального конденсатора С₁ при резонансі була мінімальною. При цьому рівень вхідної напруги небхідно підтримувати таким, щоб стрілка УРОВЕНЬ знаходилася на червоній відмітці. Занести до таблиці 6 значення С₁ та Q1.

5.16.6 Відключити конденсатор, який вимірюється, залишити тільки котушку індуктивності та досягти на тій же частоті резонансу f₁, збільшуючи емність вимірювального конденсатора до значення С₂ та вимірюючи Q₂ (метод заміщення). Результати вимірювань занести до таблиці 6.

5.16.7 За значеннями С1, С2 обчислити С_е1 і С_е2 за формулами (3),(4). Визначити значення ємності та тангенса кута втрат при ємності менше 425 пФ за формулами Сх= С_е2 - С_е1 (8) (9)

Результати обчислень занести до таблиці 5.6.

Таблиця 5.6 –Результати вимірювань емностей конденсаторів Сх <425пФ.

Сном	f1	С1	Q1	С2	Q2	Се1	Се2	Сх	tgd	dСX

5.16.8 Похибки вимірювань ємності менше 425 пФ знаходимо шляхом логарифмування та диффереціювання (8)

Результати обчислень занести до таблиці 5.6.

5.17 Зміст звіту

Результати спостережень і вимірювань.Заповнені таблиці 5.1..5.6. Дані розрахунків.

Висновки з указівкою домінуючих похибок.

5.18 Питання та завдання до захисту звіту

1. Зобразьте структурну схему куметра і опишіть метод вимірювання добротності коливального контура.

2. Опишіть метод вимірювання добротності котушки.

3. Опишіть прямий метод вимірювання індуктивності котушки

4. Опишіть метод вимірювання індуктивності котушки та її власної ємності.

5. Опишіть метод вимірювання ємності конденсатора

6. Опишіть метод вимірювання тангенса кута втрат конденсатора.

6 ВИВЧЕННЯ КОМП'ЮТЕРНОГО ЦИФРОВОГО ЗАПАМ'ЯТОВУЮЧОГО осцилографа PC Scope PCS64i

6.1 Мета роботи

Дослідження функціональних можливостей комп'ютерного цифрового запам'ятовуючого осцилографа на прикладі PC Scope PCS64i із набуттям навичок вимірювання амплітудних, часових і спектральних характеристик електричних сигналів та визначення похибок встановлення частоти і дійсного значення напруги генераторів.

6.2 Основні теоретичні відомості

6.2.1 Двоканальний комп'ютерний цифровий запам'ятовуючий осцилограф (ЦЗО) типу Velleman PC Scope PCS64i використовується для спостереження електричних сигналів у часовій та частотній областях. Функціональна схема наведена на рис. 6.1.

Рисунок 6.1- Структурна схема цифрового запам'ятовуючого осцилографа

Сигнал, що досліджується, після ослаблення або підсилення в аттенюаторі (ATT/П) до напруги 1 В, подається на дискретизатор, де відбувається вибірка сигналу - запам’ятовуються миттєві значення напруги сигналу з частотою, не меншої за подвійну найвищу частоту спектра сигнала відповідно до теореми Котельникова. У цифрових осцилографах для спрощення схеми звичайно частота вибірок береться не менш як учетверо вище частоти сигналу. Моменти вибірок визначаються генератором вибіркових імпульсів. Миттєве значення напруги вибірки за допомогою аналого-цифрового перетворювача (АЦП) перетворюється в двійкове число. Потік чисел, що несуть інформацію про значення вибірки сигналу, запам’ятовується в оперативній пам’яті, (ОЗП) з об’ємом, достатнім для фіксації реальних сигналів і через оптичний ізолятор подається на вхід персонального комп’ютера. Спочатку відбувається накопичування у цифровій формі даних про вхідний сигнал, а потім в повільному темпі будується осцилограма сигналу. Використовуючи засоби програмного забезпечення ЦЗО, можна забезпечити кратність частоти розгортки періоду сигналу для досягнення синхронізації.

ЦЗО дає змогу проводити попереднє оброблення результатів вимірювань, наприклад, визначати частоту, період, середньоквадратичне значення змінної складової досліджуваного сигналу, знаходити сумарний або різницевий сигнали і т. д. Частота періодичного сигналу визначається за допомогою вертикальних електронних маркерів (при вимірюванні тривалості одного періоду). Розмах чи амплітуду сигналу вимірюють як різницю напруг між двома горизонтальними маркерами, причому результати обчислень індикуються на екрані комп’ютера. ЦЗО не тільки отримує зображення досліджуваного сигналу, а й зберігає його у вигляді файлу для наступного аналізу.

6.3 Опис лабораторної установки

6.3.1 Експериментальна установка (рис. 6.2) містить: 1- генератор сигналів звукової й ультразвукової частот типу Г3-109; 2–комп'ютерний цифровий запам'ятовуючий осцилограф PCS64і; 3 – персональний комп'ютер, підключений до ЦЗО через паралельний LPT – порт.

Рисунок 6.2 – Схема експериментальної установки

Рисунок 6.3 – Виносний блок осцилографа

6.3.2 На виносному блоці ЦЗО (рис.6.3) знаходяться наступні органи керування:

1) СН1 і СН2 – входи каналів 1 і 2;

2) регулятори положення лінії горизонтальної розгортки каналів СН1(2);

3) селектори входів каналів СН1(2), що мають три положення: - АС – досліджуваний сигнал надходить на вхід підсилювача/атенюатора каналу без урахування постійної складової;

- ^ - вхідний сигнал посаджений на землю (це положення використовується перед початком вимірювань для установлення горизонтальної лінії розгортки в потрібному місці екрана);

- DС – досліджуваний сигнал надходить на вхід підсилювача/атенюатора каналу виносного блоку з урахуванням постійної складової.

6.3.3 Основні технічні характеристики PC Scope PCS64i наведені в табл.6.1.

Таблиця 6.1 –Технічні характеристики PC Scope PCS64i

Загальні	Осцилограф
Два окремих канала	Розгортка: 100 нс…100 мс/ поділку
Вхідний опір: 1 МОм/30 пФ	Джерело запуску: канали 1,2, автозапуск
Смуга вхідних частот: 13 МГц	Фронт запуску: нарастання або спад
Максимальна вхідна напруга: 100 B(AC+DC)	Рівень запуску: настроюваний з кроком ½
Максимальна похибка зчитування: 2,5 %	Крок інтерполяції: лінійний або зглажуючий
З’єднання входу: DC, AC, GND	Маркери для амплітуди та часу
Роздільна здатність за вертикаллю: 8 біт	Вхідна чутливість: від 10 мВ до 5 В/ поділка
Частота вибірок:32 МГц (макс)	Зчитування діючого значення напруги-Urms
Оперативна пам’ять: 4 кБ/канал
Напруга живлення: 9…10 В (DC)/800 мА	Аналізатор спектра 2 Вхідні канали
Мінімальні системні вимоги IBM сумісний ПК, Windows 95	Діапазон частот: від 0…800 Гц до 13 МГц
Відеокарта VGA, 800x600 для Windows	Принцип роботи: швидке перетворення Фур’є, 2048 точок
Вільний LPT порт	Маркери для амплітуди та часnоти
485 кБ вільної пам’яті	Вікна: прямокутне, Hamming, Hanning, Blackman, Barlett
Аріфметичний сопроцесор для аналізатора спектра та обчислення СКЗ	Шкала часу: від 20 мс/поділ до 2000 с/поділ. Максимальний час запису осцилограм та спектрограм 9,4 год/екран

6.3.4 Генератор сигналів низькочастотний Г3-109 - генератор RС- типу з плавною установкою частоти в межах кожного з чотирьох піддіапазонів, має симетричний та несиметричний виходи, розраховані на підключення узгоджених навантажень. Вихідна напруга стабілізована.

Рисунок 6.4 – Генератор сигналів низкочастотний Г3-109

6.3.5 Основні технічні характеристики Г3-109: д іапазон частот 20 Гц - 200 кГц

Основна похибка установки частоти, %: ±[2 +(50/f)] (20-200 Гц); ±[1 +(50/f)] (200 Гц-20 кГц); ±[1 +(50/f)] (20-200 кГц)

Нестабільність частоти: ± 10·10^-4 (за 15 хв.); ±50·10^-4 (за 3 год)

Вихідна напруга "выход I" (несиметричний): 15 В (50 Ом);

Похибка установки вихідної напруги ("выход 1"): ±4% (установка опорного рівня), ±6% (атенюатор). Коефіцієнт гармонік: %: 1 (20-200 Гц); 0,5 (200 Гц - 20 кГц); 1 (20-200 кГц).

6.4 Порядок виконання роботи

6.4.1 Виконати розрахунки даних для проведення індивідуального експерименту бригадою згідно дати проведення лабораторної роботи і номера робочого місця.

6.4.2 Розрахувати з точністю до 1 Гц чотири частоти коливань F_i, які необхідно встановити за шкалою генератора для визначення похибки встановлення частоти генератора: F₁=45+0,7·D; F₂=90+0,7·D; F₃=135+0,7·D; F₄=180+0,7·D, D–число дати виконання лабораторної роботи. Значення частот F_i (Гц) занести до табл. 6.1.

Таблиця 6. 1 - Вихідні дані встановлення частот гармонічних сигналів

Номер сигнала, i	Частота Fi, Гц	Множник Частоти	Частота fi,, Гц	Період Ті=1/fi мс.
		10^2
		10^3

6.4.3 Розрахувати частоти гармонічних коливань в Гц з урахуванням множників частоти: f₁=1× F₁; f₂=10× F₂; f₃=10²× F₃; f₂=10³· F₄. Результати занести до табл. 6 1.

6.4.4 Розрахувати періоди гармонічних коливань Ті=1/f_i (мc), де i – номер частоти,

f_i – в кГц. Результати занести до табл.6.1.

6.4.5 Розрахувати чотири амплітуди А _і (В) гармонічних коливань та занести до табл. 6.2 А₁=4 + 0,1×D; А₂=1,7 + 0,01×D; А₃=0,4+ 0,001×D; А₄=0,17+0,0001×D;

6.4.6 Розрахувати чотири діючих значення напруг , В, які необхідно встановити для визначення похибки встановлення напруги та занести до табл. 6.2.

Таблиця 6.2 - Дані для встановлення вихідних напруг гармонічних сигналів

Номер сигнала, i	Амплітуда, А i, В	Діюче значення напруги Uді, В

6.4.7 Визначити межі інструментальних похибок, які гарантовані для генератора Г3-109 згідно його паспортних даних (табл.6.3).

6.4.7.1 Визначити числові значення відносної похибки встановлення частоти df % згідно формул в таблиці 6.3, де F –значення частоти, встановлене за шкалою частот в Гц.Результати занести в третій стовпчик табл. 6.3.

Таблиця 6.3 - Результати розрахунків інструментальних похибок встановлення параметрів гармонічних сигналів Г3-109 (згідно паспорта)

	Похибка встановлення частоти	Похибка встановлення діючої напруги	КГ,%
Номер частоти	Паспортні дані, формула, %	Відносна похибка, d f, %	Абсолютна похибка Δ f, Гц	Паспортні дані, dU д%	Абсолютна похибка Δ Uд, В
	±(2 +50/F)			±4		1
	±(1 +50/F)			±10		0,5
	±(1 +50/F)			±10		0,5
	±(1 +50/F)			±10		1

6.4.7.2 Визначити значення абсолютної похибки встановлення частоти в Гц за формулою ∆f= df %×f/100. Результати занести до табл.6.3.

6.4.7.3 Визначити числові значення абсолютних похибок встановлення діючої напругипри відомій паспортній відносній похибці dU_д% за формулою Δ U_д=dU_д %× U_д /100. Результати занести до табл.6.3.

6.5 Отримати допуск до виконання лабораторної роботи. Контрольні питання:

1 Розраховані дані таблиць 6.1, 6.2, 6.3.

2 Особливості функціонування ЦЗО.

3 Склад експериментальної установки ЦЗО, призначення органів керування.

4 Синхронізація розгортки ЦЗО з досліджуваним сигналом.

5 Методика вимірювання напруги і часових інтервалів за допомогою ЦЗО.

6 Методика вимірювання відношень рівнів спектральних складових.

6.6 Підготовка установки до роботи

6.6.1 Включити до мережі 220 В генератор Г3-109, ПК, ЦЗО PCS64.

6.6.2 Включити тумблер СЕТЬ на генераторі Г3-109.

6.6.3 Включити перемикач POWER ОN на PCS64.

6.6.4 Виконати операції по запуску ПК. Запустити інтерфейс PCS64 за допомогою ярлика на робочому столі комп'ютера. Прогріти установку протягом 15 хв.

Дата добавления: 2015-04-30