Вимірювання інтервалів часу і кутів фазового зсуву

МЕТА РОБОТИ - виміряти електромеханічними і електронними приладами інтервал часу і кут фазового зсуву заданих електричних сигналів в режимах, що забезпечують необхідну похибку вимірювань.

Внаслідок виконання лабораторної роботи студент повинен

– знати: будову і принцип дії аналогових і цифрових і фазометрів, що використовуються в експериментах, а також схеми їх включення із застосуванням масштабних перетворювачів;

– вміти: вибрати оптимальні умови і режим роботи вивчених приладів при вимірюванні заданих параметрів; оцінити похибку вимірювань.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ

Для вимірювання кута фазового зсуву двох сигналів як прилади безпосередньої оцінки застосовують електромеханічні /1, с. 135-136, 140/, електронні /1, с. 164-166/ і цифрові /1, с. 238-240/, фазометри, а також електронно-променеві осцилографи /1, с. 238-240/.

Електромеханічний фазометр, виконаний на базі електродинамічного логометра, застосовують в експерименті для вимірювання різниці фаз між струмом навантаження і наругою мережі 220 V. Схема включення такого фазометра подасться на рис.7.1.

Більшою чутливістю, амплітудним і частотним діапазоном володіють електронні фазометри. Електронний фазометр має великий вхідний опір, тому вимірює лише різницю фаз між напругами на його входах. Для визначення кута фазового зсуву між струмом навантаження і напругою мережі таким фазометром потрібні спеціальні схеми його включення з застосуванням масштабних перетворювачів струму в напругу.

ОБЛАДНАННЯ СТЕНДУ

Лабораторний стенд укомплектований генератором сигналів спеціальної форми Г6-29, а також вимірювальними приладами:

електромеханічним щитовим частотоміром;

цифровий частотоміром Ч3-33;

електронним частотоміром Ф5043;

електромеханічним щитовим фазометром;

електронним фазометром Ф2-1;

електронно-променевим осцилографом.

Лабораторний стенд містить два незалежних електричних кола для формування і вимірювання сигналів, зсунутих на фазовий кут.

Зовнішній вигляд стенда показаний на рис. 7.1.

ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ

1. Вивчити теоретичний матеріал згідно з основними положеннями лабораторного дослідження.

2. Виконати попередні розрахунки:

Рисунок 7.1 - Лицьова панель стенда лабораторної роботи № 7

Наведіть схему включення електромеханічного та електронного фазометрів із застосуванням масштабних перетворювачів струму і напруги та розрахуйте їх параметри.

Електронний фазометр типу Ф2-1, що використовується в експерименті, вимірює різницю фаз α між двома гармонічними напругами U₁ та U₂ на його входах з номінальним значенням в діапазоні (0,5-50) V. Входи приладу мають загальний заземлений вузол. Для вимірювання кута фазового зсуву φ між струмом I і напругою мережі 220V прилади вмикають по схемі рис. 7.2,а.

Рисунок 7.2 - Схема включення злектромеханічного фазометра Рφ_І і електронного фазометра

типу Ф2-1 (а) і векторні діаграми струму кола і напруг на входах приладу (б)

У цьому випадку струм І перетворюється в напругу U_R1=I∙R₁ за дотомогою резистора R₁. Для зменшення рівня напруги мережі U до номінального значення наяруги фазометра застосовується подільник напруги R2÷R3. При такому включенні показ приладу α відповідає фазовому зсуву між напругами Ú₁=Ú_R1 i Ú₂= –Ú_R2 (див. рис. 7.2,б). Шуканий кут зсуву фаз φ між струмом Í і напругою Ú визначиться як φ=±(180°–α). Вибір знаку визначається характером реактивного навантаження.

Розрахуйте значення опору R₁, R₂ і R3, якщо струм регулюється навантаженням Z_H в діапазоні від 1,8 до 3,2А.

ЛАБОРАТОРНЕ ЗАВДАННЯ

1. Ознайомитися з обладнанням лабораторного стенду. Підготувати до роботи і включити на самопрогрів електронні прилади і генератор.

Скласти таблицю основних метрологічних характеристик приладів.

2. Виміряти кут фазового зсуву між напругою мережі 220V і струмом в колі з регульованим комплексним навантаженням за допомогою електромеханічного і електронного фазометрів. При цьому електронний фазометр Ф2-1 включити по схемі 7.2 (а).

Визначити значення ємності С, при якому в колі R-L-C стенда виникне резонанс. Приведіть графік залежності куту фазового зсуву від ємності.

Таблиця 7.1 - Вимірювання куга фазового зсуву між струмом і напругою в навантаженні

№ пп	C, μF	Ф2-1	Д578
α, °	φ, °	φ, °	Δ, °	δ, %

3. Підключити до виходу генератора Г6-29 вимірювач інтервалів часу.Для сигналу прямокутної форми виміряти длительность импулса та часовий інтервал між двома імпульсами. Результати представити в підготовленій вами таблиці.

4. Сформулюйте висновки за результатами лабораторного дослідження.

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

1. Поясніть принцип дії електромеханічного фазометра.

2. Поясніть принцип вимірювання кута зсуву фаз між двома напругами електронним аналоговим фазометром.

3. Поясніть метод вимірювання кута фазового зсуву за допомогою двоканального електронно-променевого осцилографа.

4. Чому при вимірі кута фазового зсуву між струмом навантаження і напругою мережі електромеханічний фазометр вмикають в електричне коло безпосередньо, а електронний фазометр із застосуванням масштабних перетворювачів?

Додаток 1

Перелік умовних позначень, які наносяться на електровимірювальні прилади

та допоміжні частини

Позначення, які наносяться на кожний прилад:

– одиниці вимірюваємої величини (для приладів з іменованою шкалою) або найменування приладу;

– номінальні значення вимірюваемої величини:

– клас точності;

– рід струму та число фаз,

– система приладу та допоміжної частини, з якою прилад градуювався;

– ступені захисту від впливу магнітних та електричних полів;

– робоче положення приладу (якщо воно має значення);

– випробувальна напруга ізоляції вимірювального кола відносно корпуса;

– номер групи, до якої відноситься прилад по кліматичним та механічним умовам;

– тип приладу, рік випуску та заводський номер.

Крім цього, прилади та допоміжні частини мають позначення:

– номінальні частоти (якщо вони відрізняються від 50 Hz) або нормальні (підкреслено) та робочі області частот;

– номінальні струм, напруга та коефіцієнт потужності (для окремих груп приладів);

– номінальні характеристики масштабових вимірювальних перетворювачів.

Для переносних приладів класу точності 0.05-0.5 вказують:

– значення активного опору та індуктивності (для амперметрів змінного струму);

– падіння напруги (на амперметрах постійного струму);

– струм повного відхілення вказівника вольтметра.

Позначення приведені в табл. 1.1 та 1.2.

Зразок письмового опису характеристик приладу, а також представлення їх у вигляді таблиці приведено в дод. 2.

Умовні позначення, які наносяться на електровимірювальні прилади та допоміжні частини

(ГОСТ 23217-78 та СТ СЭВ 1052-78)

Таблиця 1.1*

Примітка. * Перелік позначок приведено на мові оригіналу.

Таблиця 1.2 - Значения климатических влияющих величин для рабочих условий

применения приборов различных групп (по ГОСТ-22261-76)

Додаток 2

Зразок письмового та табличного опису характеристик приладу

Амперметр класу точності 0.5; номінальні значення струму 5 та 10 А; використовується в колах постийного та змінного струмів, частотні діапазони: нормальний (45-55) Нz, робочій (55-1500) Нz, прилад електромагнітної системи; робоче положення горизонтальне; випробувальна напруга ізоляції вимірювального кола відносно корпусу 2kV; параметри вимірювального кола для границі вимірювань 5 А – активний опір 0.01 Ω та індуктивність 0.003 mH, для границі вимірювань 10А - активний опір 0.004 Ω та індуктивність 0.001 mН. Тип приладу Э59, рік випуску – 1965, заводський номер 45838. Прилад відповідає ГОСТ 8711-60.

Таблиця 2.1 - Характеристики засобів вимірювань

Найменування приладу	Тип	Частотний діапазон, Hz	Границя вимірю-вань	Число поділок або ціна поділки	Клас точності	Номер та рік випуску	Примітка
Амперметр	Э59	0; 45-55-500	5 A	0.05 A/div	0.5	1965 p, №45838	0,01 Ω; 0.003mH
10 A	0.1 A/div	0,04 Ω; 0.001 mH

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Основы метрологиии и электрические измерения: Учеб, для ВУЗов /Б.Я. Авдеев, Е.М.Антонюк, Е.М. Душин и др.; под ред. Е.М. Душина – 6-е изд., перераб.и доп. – Л.: Энергоиздат, Ленингр. отд-ние, 1987.– 460 с.: ил.

2. Электрические измерения электрических и неэлектрических величин; под ред. Е.С.Полищука, – К.: Вища шк. Головное изд-во, 1984.– 359 с.

3. Любимов Л.И. и др. Поверка средств электрических измерений: Справочная книга /Л.И. Любимов, И.Д. Форсилова, Е.З. Шапиро.– 2-е изд., перераб. и доп.– Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ние, 4. ДСТУ2681-94. Метрологія. Терміни та визначення.