І КУТІВ ФАЗОВОГО ЗСУВУ
МЕТА РОБОТИ - виміряти електромеханічними і електронними приладами частоту ТА
період заданих електричних сигналів в режимах, що забезпечують
необхідну похибку вимірювань.
Внаслідок виконання лабораторної роботи студент повинен
– знати: будову і принцип дії аналогових і цифрових частотомірів, що використовуються
в експериментах;
– вміти: вибрати оптимальні умови і режим роботи вивчених приладів при вимірюванні
заданих параметрів; оцінити похибку вимірювань.
ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ
А. При підготовці до роботи необхідно вивчити будову, принцип дії і характеристики частотомірів: електромеханічних /1, с. 135-136, 140/, електронних конденсаторних /1, с. 164-165/ і цифрових /1, с. 244-245/.
Похибка вимірювання частоти аналоговими частотомірами визначається співвідношенням
δf=γ∙fH/fX,
де γ – клас точності приладу;
fH - нормоване значення частоти.
При цьому нормоване значення частоти fH визначається як різниця значень найбільшої fmax і найменшої fmin частот діапазону вимірювань приладу, тобто fH=fmax–fmin.
Найбільш удосконалені і точні електронно-лічильні цифрові частотоміри (ЕЛЧ). У залежності від вибору режиму роботи ЕЛЧ можуть виміряти також період коливань, інтервал часу, відношення частот.
Структурна схема приладу при вимірюванні частоти подасться на рис. 7.1 і відповідає положенню перемикача “Род работы” – FA на лицьовій панелі частотоміра Ч3-33.
Рисунок 7.1 - Структурна схема ЕЛЧ і діаграми напруг при вимірюванні частоти
Напруга невідомої частоти UfX через роз’єм “Вхід А” поступає на формувач F, де перетворюється в нормалізовані імпульси з частотою fX. Ці імпульси поступають на вхід 1 електронного часового ключа селектора SW, де порівнюються за часом з імпульсом заданої тривалості Трах, що поступав на вхід 2 ключа. У відкритому стані ключа SW серія імпульсів NX поступає в цифровий лічильний пристрій ЦЛП, де підсумовується лічильником і відображається на табло в десятичному коді
NX=TPAX/TX=TPAX∙fX.
Як джерело імпульсів заданої тривалості використовується кварцовий генератор G спільно з подільником частоти. Час рахунку TPAX встановлюється зміною коефіцієнта розподілу n частоти f0 кварцового генератора. При TPAX= 1 s число підрахованих в ЦЛП імпульсів безпосередньо визначає частоту, що вимірюється. При іншому часі рахунку 0,01; 0,1; 10 s автоматично переноситься децимальна точка на цифровому табло.
Похибка вимірювання частоти визначається нестабільністю δ0 частоти кварцового генератора (інструментальна похибка) і методичною похибкою квантування
δf=(δ0+1/fX∙Tрах) ∙100, %.
На низьких частотах, навіть при максимально можливому для частотоміра Ч3-33 часу рахунку Трах=10 s, методична похибка може виявитися недопустимо великою. Наприклад, при fX=10 Hz, δf≥±1%. Тому на низьких частотах доцільно вимірювати період TX коливань, а не частоту.
Вимірювання періоду TX забезпечується структурною схемою приладу (рис. 7.2), що відповідає положенню перемикача “Род работы” в режимі “ТБ” або “ТБ∙10” на лицьовій панелі частотоміра Ч3-33.
У цьому випадку сигнал, що вимірюється, з входу "Б" приладу поступає на формувач-множник періоду ФМП. На вході блоку ФМП формується імпульс, тривалість якого визначає час відкритого стану ключа SW, тобто час рахунку Трах=TXm, m=1; 10. На другий вхід ключа при цьому подаються короткі імпульси – “метки времени” з періодом ТМІТ. Такі імпульси виробляються високостабільним кварцовим генератором G спільно зі схемою подільника частоти.
Рисунок 7.2 - Структурна схема ЕЛЧ і діаграми напруг при вимірюванні періоду
Імпульси міток часу через селектор SW, відкритий на час Трах, поступають в цифровий відліковий пристрій і там підсумовуються. Результат рахунку імпульсів NX відображається на цифровому табло ЦЛП.
Похибка вимірювання періоду δТ оцінюється формулою
δТ=±(δ0+Тміт/m∙TX) ∙100, %.
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;
електронно-променевим осцилографом.
Зовнішній вигляд стенда показаний на рис. 7.3.
ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ
1. Вивчити теоретичний матеріал згідно з основними положеннями лабораторного дослідження.
2. Виконати попередні розрахунки:
Для варіанта завдання, вказаного в табл. 7.1, визначити результат вимірювання, а при необхідності і параметри режиму роботи частотоміра Ч3-33, що має наступні основні характеристики:
– час рахунку – 10; 1,0; 0,1; 0,01; 0,001 s;
– мітки часу – 100; 10; 1,0; 0,1 μs;
– множник періоду – 1;10;
– відліковий пристрій – восьмирозрядний;
– нестабільність δ0=10-6%.
Варіант завдання збігається зі значенням останньої цифри в заліковій книжці студента.
Таблиця 7.1 - Початкові дані до частини А домашнього завдання
| Варіант | Параметри режиму роботи ЕЛЧ | Похибки | ||||||
| Частота kHz | Період Ms | Час відліку ТСЧ, s | Множник періоду m | Мітка часу μs | Показ на ЦЛП | ±δ % | ±Δ | |
| 0.10 | - | - | - | ? | ? | ? | ||
| - | - | ? | - | - | 000001.00 kHz | ? | ? | |
| - | - | ? | ? | ? | ||||
| - | - | - | ? | 00050.000 ms | ? | ? | ||
| - | - | - | ? | ? | ? | |||
| - | - | ? | ? | ? | ||||
| - | ? | - | - | ? | ? | 0.01 Hz | ||
| - | - | ? | ? | ? | 10 μs | |||
| - | - | - | ? | 00400.000 ms | ? | ? | ||
| 1.0 | - | - | - | ? | ? | ? |
Наприклад. При вимірюванні частоти результат на ЦЛП представлений у вигляді 05000,000 kHz. Абсолютну похибку вимірювання частоти Δ можна оцінити по значенню одиниці молодшого розряду ЦЛП.
ΔfX=±0.001kHz=1Hz.
Тоді час рахунку складе
TPAX=1/Δf=1s.
Рисунок 7.3 - Лицьова панель стенда лабораторної роботи № 7
Похибка вимірювання частоти у відносній формі визначиться як
.
Тепер результат вимірюваннія в стандартній формі запишеться як
fX = (5000000±1) Hz.
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*. – (тільки для студентів ІЕЕ)
Виміряти частоту напруги мережі 220V електромеханічним частотоміром, а потім електронним, вибравши значення fH, що забезпечує мінімальну похибку вимірювання.
Звернути увагу на узгодження номінального значення вхідної напруги частотоміра Ф5043 з напругою мережі 220V. Приймаючи показ електронного частотоміра за дійсне значення частоти мережевої напруги, визначити похибку відповідного вимірювання електромеханічного частотоміра. Записати результати вимірювань в стандартній формі.
2. Визначити похибку градуювання шкали генератора звукових частот Г6-29. За дійсні значення частоти генератора прийняти результати прямих вимірювань частоти частотоміром Ф5043. При цьому параметри частотоміра вибрати таким чином, щоб похибка вимірювання δf задовольняла умові повірки генератора
δf≤0,3δГ,
де δГ основна похибка генератора (для генератора типу Г6-29 δГ=±1,0 %).
Результати вимірювань представити в вигляді таблиці та графіка.
3. Визначити нестабільність частоти в декількох точках шкали генератора Г6-29. За дійсні значення частоти генератора прийняти результати прямих вимірювань частоти електроннолічильним частотоміром Ч3-33.
4. Експериментально перевірити результати попереднього розрахунку домашнього завдання.
5. Сформулюйте висновки за результатами лабораторного дослідження.
| № пп | ЕЛЧ Ч3-33 | Г6-29 | |||||||||
| Род роботи „FA” | Род роботи „ТБ” | ||||||||||
| fX | TPAX | Δf | TX | TMIT | m | δT | fX | fГ | ΔГ | δГ | |
| kHz | s | % | ms | μs | % | kHz | Hz | % | |||
КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ
1. Поясніть принцип дії електромеханічного частотоміра, побудованого на базі електродинамічного логометра.
2. Чому середнє значення струму у вимірювальному механізмі електронного конденсаторного частотоміра пропорційно частоті, що вимірюється?
3. Чому похибка вимірювання цифровим частотоміром частоти і періоду залежить від їх значення?
4. Чому на високих частотах точність вище при вимірюванні частоти, а на низьких – при вимірюванні періоду? Як можна підвищити точність вимірювання періоду?
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 7-б
