Указания к выполнению работы

Калибратор фазовых сдвигов

Виртуальный калибратор фазовых сдвигов служит для формирования двух гармонических электрических сигналов с регулируемым фазовым сдвигом между ними.

Характеристики калибратора:

- диапазон воспроизводимых углов фазового сдвига – от 0° до ± 360° с дискретностью 10°;

- основная погрешность воспроизведения угла фазового сдвига не превышает ±0,1 %;

- диапазон рабочих частот выходных напряжений – от 5 Гц до 5 МГц с шагом 1-2-5 на декаду;

- относительная погрешность установки номинального значения частоты – не более 5×10^–2;

- максимальное напряжение на каждом из выходов (среднеквадратическое значение) – 1±0,1 В;

- ослабление выходных напряжений устанавливается раздельно по каждому каналу в пределах от 0 до 60 дБ с дискретностью 10 дБ.

На лицевой панели калибратора расположены:

- тумблер «СЕТЬ» для включения прибора;

- трехразрядный цифровой индикатор частоты выходных напряжений;

- кнопки «MHz», «kHz», «Hz» для установки частоты выходных напряжений;

- трехразрядный цифровой индикатор угла фазового сдвига;

- три кнопки для установки угла фазового сдвига: «+/–» – установка знака фазового сдвига, левая кнопка «φ» – установка сотен градусов, правая кнопка «φ» – установка десятков градусов;

- выходы «Вых. 1» и «Вых. 2» каналов калибратора;

- ползунковые регуляторы «Вых. 1» и «Вых. 2» для установки напряжений на выходах 1 и 2 калибратора.

1. Запустите программу лабораторной работы № 3.5 «Измерение параметров гармонического напряжения с помощью осциллографа». На экране компьютера появится изображение лабораторного стенда (рис. 4).

Включите осциллограф и калибратор и опробуйте их органы управления. Установите регуляторы выходных напряжений калибратора в среднее положение и наблюдайте полученную осциллограмму. Изменяя напряжение, частоту и фазовый сдвиг напряжений на выходах калибратора, а также коэффициент развертки и чувствительность канала вертикального отклонения осциллографа, определите характер влияния этих регулировок на изображение на экране.

2. Измерение амплитуды гармонического напряжения.

2.1. У калибратора установите ползунковые регуляторы уровней выходных сигналов в среднее положение. Выставьте частоту равную 10 кГц, фазовый сдвиг φ= 0^о.

Переведите переключатель входных каналов осциллографа в положение II (одноканальный режим, подключен II-ой канал), переключатель «Развертка» осциллографа – в положение «Внутр» (режим линейной развертки с внутренней синхронизацией). У осциллографа подберите такой коэффициент вертикального отклонения канала II, при котором изображение будет заполнять весь экран. Одновременно можно использовать регулировку напряжения на втором выходе калибратора. Подберите такой коэффициент развертки, чтобы на экране умещалось 2-5 периодов синусоиды. Измерьте амплитуду напряжения в соответствии с выражением (1). Занесите данные в табл. 2.

2.2. Оставляя неизменной частоту исследуемого сигнала, выполните измерения в соответствии с п. 2.1 для 3 различных значений напряжения на выходе калибратора. Значения погрешностей измерения рассчитываются по формулам (2) и (3).

3. Измерение периода и частоты гармонического напряжения.

3.1. У калибратора установите частоту сигнала 50 Гц, амплитуду выходного сигнала – около 1 В. Переведите переключатель входных каналов осциллографа в положение II, переключатель «Развертка» – в положение «Внутр». Подберите коэффициент вертикального отклонения канала II, при котором изображение будет заполнять весь экран. Подберите коэффициент развертки, при котором на экране умещается немногим более одного периода синусоиды.

Измерьте горизонтальный линейный размер изображения, соответствующий одному периоду исследуемого сигнала. Занесите данные в табл. 3.

3.2. Оставляя неизменной амплитуду исследуемого сигнала, выполните измерения в соответствии с п. 3.1 при частотах выходного сигнала калибратора, равных 500 Гц; 5 кГц; 50 кГц; 0,5 МГц; 5 МГц.

Измеренные значения периода рассчитываются по формулам (6) и (7), частоты – по формулам (8) и (9).

4. Измерение фазового сдвига методом линейной развертки.

У калибратора установите частоту сигнала равной 10 кГц, фазовый сдвиг φ= 30^о и одинаковые (близкие к максимальным) уровни сигналов на выходах.

Переведите переключатель входных каналов осциллографа в положение «I+II», переключатель «Развертка» – в положение «Внутр». Подберите такие коэффициенты вертикального отклонения каналов I и II, при которых размеры синусоид одинаковы и занимают весь экран. Подберите подходящий коэффициент развертки. Измерьте размеры отрезков ab и ac (рис. 2), рассчитайте значение фазового сдвига по формуле (10). Занесите данные в табл. 4.

5. Измерение фазового сдвига методом эллипса.

5.1. Оставляя неизменными амплитуду, частоту и фазовый сдвиг исследуемых сигналов, включите режим круговой развертки «Χ-Y» и подберите такие коэффициенты вертикального отклонения, чтобы полученный эллипс занял практически весь экран. Зарисуйте осциллограмму и измерьте размеры отрезков h и H (рис. 3).

5.2. Оставляя неизменными амплитуду и частоту исследуемых сигналов, выполните действия, описанные в п. 5.1, при углах фазового сдвига равных 40, 60, 90, 180, 270 и 360^о. Занесите данные в табл. 5. Рассчитайте значения фазового сдвига по формуле (11).

Закройте приложение LabVIEW.

Содержание отчета

Отчет должен содержать:

- осциллограммы;

- таблицы результатов;

- выводы.

Формы таблиц для записи результатов приведены ниже.

Таблица 2. Результаты измерений амплитуды гармонического напряжения

Вертик. размер изображения, дел.	Цена деления, В/дел	Показания, В	Абсолютная погрешность, В	Относительная погрешность, %	Результат измерения, В

Таблица 3. Результаты измерений периода и частоты гармонического сигнала

Частота сигнала на выходе калибратора	Размер изображения, дел.	Цена деления	Абсолютная погрешность	Относительная погрешность, %	Результат измерения
Период	Частота	Период	Частота	Период	Частота

Таблица 4. Результаты измерений разности фаз методом линейной развертки

Показания калибратора, град	Размер изображения, дел.	Результат измерения, град.
ab	ac

Таблица 5. Результаты измерений разности фаз методом эллипса

Показания калибратора, град	Размер изображения, дел.	Результат измерения, град.
h	H

Контрольные вопросы

1. Какие параметры характеризуют гармоническое напряжение? Поясните на графике.

2. Почему при исследовании переменных сигналов необходимо использовать именно осциллограф?

3. От чего зависит погрешность измерения амплитуды сигнала при помощи осциллографа?

4. Почему при определении амплитуды гармонического сигнала предпочтительнее измерять двойную амплитуду и делить результат пополам?

5. От чего зависит погрешность измерения частоты сигнала при помощи осциллографа?

6. Как определить разность фаз двух гармонических сигналов методом линейной развертки?

7. Какие параметры гармонического напряжения можно измерить при помощи фигур Лиссажу? Как организовать такие измерения?

8. Как определить разность фаз двух гармонических сигналов методом эллипса?

9. Чем определяется погрешность измерения угла сдвига фаз методом линейной развертки и методом эллипса?

10. Почему при осциллографических измерениях размер изображения на экране должен быть максимально возможным?

Нарисовать структурные схемы ЭСЧ в режиме измерения частоты и в режиме измерения периода, временные диаграммы сигналов на входе частотомера, первом и втором входах временного селектора и на его выходе.

Нарисовать структурную схему ЭСЧ в режиме самоконтроля. Что можно проверить в таком режиме?

Написать формулы, по которым оценивают пределы абсолютных и относительных погрешностей измерения частоты и периода с использованием ЭСЧ. Назвать составляющие суммарной погрешности и объяснить их происхождение.

Из каких соображений следует выбирать режим работы цифрового частотомера - измерения частоты или измерения периода?

Каким образом в частотомере формируется импульс, определяющий время измерения в режиме измерения частоты?

Поясните различие между понятиями “время измерения” и “время индикации”.

Из каких соображений следует выбирать время измерения в режиме измерения частоты?

Каким образом в частотомере формируются метки времени?

Из каких соображений следует выбирать период (частоту) меток времени в режиме измерения периода?

Зачем в частотомере обеспечена возможность выбора периода меток времени? Почему нельзя оставить только одно значение периода меток - самое малое?

Как оценить быстродействие частотомера в различных режимах его работы?

Каким образом с помощью частотомера можно измерить отношение частот двух сигналов?

Литература

1. Метрология, стандартизация, сертификация и электроизмерительная техника: учеб. пособие / Под ред. К.К.Кима. СПб.: Питер, 2008. 368 с.

2. Тартаковский Д.Ф., Ястребов А.С. Метрология, стандартизация и технические средства измерений: учебник для вузов. М.: Высш. шк., 2008. 213 с. – 122/25.

3. Метрология, стандартизация и технические измерения: учебник для вузов/Под ред. А.С.Сигова. М.: Высш. шк., 2008. 624 с. – 10/25.

Дата добавления: 2015-04-30