Измерения в электроэнергетике

Измерения в электроэнергетике

Лабораторная работа

Поверка радиотехнических средств измерений

общего назначения. Генератор

Цели работы:

изучить методы обеспечения единства измерений;

изучить способы нормирования и формы представления метрологических характеристик средств измерения;

приобрести навыки метрологической калибровки средств измерений на примере генератора низкой частоты ГЗ-109.

Порядок запуска виртуальной лабораторной работы (ВЛР)

1. Получите доступ к виртуальному рабочему столу. Инструкция по доступу прилагается к заданию в курсе.

2. Откройте на виртуальном рабочем столе папку «Лабораторные работы», выберите папку «Professional group», в ней запустите двойным щелчком программу Выполнить.

3. Одинарным щелчком выберите группу «Технические измерения и приборы».

4. Из развернувшегося перечня выберите одинарным щелчком лабораторную работу «Поверка радиотехнических средств измерений общего назначения, генератор».

5. По одинарному щелчку вам будут доступны файлы ВЛР: Методические материалы и Виртуальная лаборатория (рис. 1).

Рис. 1. Файлы ВЛР

Выход из Методических материалов – стрелка «влево» на зеленом фоне в левом нижнем углу экрана ( ). Выход из Виртуальной лаборатории – клавиша F10.

Используйте сочетание клавиш Ctrl+Alt, чтобы курсор мыши имел возможность свернуть или уменьшить размер окна виртуального стола. Тогда вы сможете и работать на своем компьютере за пределами виртуального рабочего стола, и возвращаться обратно (рис. 2).

Рис. 2. Личный рабочий стол и виртуальный

Управление

Активные клавиши

Для работы в этой лабораторной работе применяются следующие клавиши (рис. 3):

W, S, A, D – для перемещения в пространстве;

F2, Е – аналоги средней клавиши мыши-манипулятора (при первом нажатии берется объект, при последующем – ставится);

Ctrl – присесть;

F10 – выход из программы.

Рис. 3. Активные клавиши клавиатуры и мыши-манипулятора

Левая клавиша мыши (1): при нажатии и удерживании обрабатывается (поворачивается, переключается) тот или иной объект.

Средняя клавиша (2): при первом нажатии (прокрутка не используется) берется объект, при последующем – ставится (прикрепляется). Правая клавиша (3): появляется курсор-указатель (при повторном – исчезает).

Примечание: при появившемся курсоре невозможно перевести взгляд вверх и в стороны.

На рис. 4 представлен общий вид лабораторного оборудования.

Рис. 4. Общий вид лабораторного оборудования

Краткие теоретические сведения

Наиболее важными метрологическими характеристиками прибора являются погрешности, возникающие из-за несовпадения действительных свойств прибора с номинальными. Различают основную и дополнительныe погрешности. Основная погрешность возникает при нормальных условиях использования прибора, а дополнительные – при отклонении условий использования за пределы нормальных. Пределы допускаемых значений основной и дополнительных погрешностей приборов устанавливаются в виде абсолютных и приведенных значений.

Абсолютная погрешность ∆ прибора есть разность между показанием X_П прибора и истинным значением X_И измеряемой величины:

∆ ≈X_П-X_И. (1)

Так как истинное значение неизвестно, вместо него используют действительное значение X_Д, за которое принимают при поверке показания X_И образцового прибора:

∆ ≈X_О-X_Д. (2)

Для каждой числовой отметки шкалы прибора определяют два значения абсолютной погрешности: ∆_М – при увеличении и ∆_Б – при уменьшении показаний прибора. Характер распределения ∆ по диапазону измерения зависит от конкретного вида прибора.

Относительная погрешность  прибора определяется по формуле:

δ=±(100∙∆)/X_О, (3)

где X_О– показания образцового прибора.

Относительная погрешность прибора распределена по диапазону измерения неравномерно. Например, у щитовых стрелочных приборов она велика в начале шкалы и минимальна в конце, поэтому при их использовании необходимо, чтобы стрелка прибора при снятии показаний находилась как можно ближе к конечной числовой отметке шкалы.

Для сравнения точности приборов, имеющих разные пределы измерения, введено понятие приведенной погрешности прибора γ, определяемой по формуле:

γ=±(100∙∆)/X_Н, (4)

где X_Н – нормирующее значение.

Вариация В определяется как абсолютная разность между показаниями образцового прибора, соответствующими одной и той же числовой отметке шкалы поверяемого прибора, полученными при возрастании X_01 и убывании X_02 измеряемой величины:

B=|X_01-X_02 |. (5)

Вариация показаний определяется для каждой числовой отметки шкалы. Ни одно из полученных значений не должно превышать предела допустимого значения.

Список оборудования

Генератор ГЗ-109.

Частотомер 43-54.

Вольтметр Ф-584.

Аттенюатор 40 дБ.

Нагрузка 50 Ом.

Общий порядок проведения работы и представления результатов

Результаты опробования вольтметра (п. 2 описания хода работы (см. ниже)).

Результаты калибровки по частоте (п. 3).

3. Определение погрешности и вариации показаний калибруемого генератора по формулам (1)–(5).

4. Сравнение реальных значений погрешности с максимально допустимыми, вывод о пригодности генератора к применению, заполнение таблицы 1 в бланке выполнения лабораторной работы.

5. Результаты калибровки по напряжению (п. 4).

6. Определение погрешности и вариации показаний калибруемого генератора по формулам (1)–(5).

7. Сравнение реальных значений погрешности с максимально допустимыми, вывод о пригодности генератора к применению, заполнение таблицы 2 в бланке выполнения лабораторной работы.

8. Результаты определения погрешности ослабления встроенного аттенюатора генератора (п. 5).

9. Определение погрешности и вариации показаний калибруемого генератора по формулам (1)–(5).

10. Сравнение реальных значений погрешности с максимально допустимыми, вывод о пригодности генератора к применению, заполнение таблицы 3 в бланке выполнения лабораторной работы.

11. Результаты определения погрешности ослабления внешнего аттенюатора – 40 дБ (п. 6).

12. Сравнение реальных значений погрешности с максимально допустимыми, вывод о пригодности генератора к применению.

13. Письменные ответы на контрольные вопросы, заполнение бланка выполнения работы с титульным листом, прикрепление его в курс для проверки.

Методические рекомендации

1. Запустите файл «Методические материалы» из п. 5 раздела «Порядок запуска ВЛР» и изучите раздел «Теория» методических материалов.

2. Выйдите из файла «Методические материалы», запустите файл «Виртуальная лаборатория» из п. 5 раздела «Порядок запуска ВЛР».

3. Выполняйте указания следующего раздела.

Ход действий на лабораторном стенде

1. Перед началом работы с прибором необходимо выдержать время для его прогрева. В случае с ГЗ-109 это 15 минут. В данной работе используется уже прогретый прибор.

2. Опробование (проверка исправности).

2.1. Установите частоту генерации 1000 Гц:

установите «МНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ» в положение «10»;

нажмите на диск селектора, он поворачивается до «100».

2.2. Нажмите на переключатель «Нагрузка», он устанавливается в положение «АТТ».

2.3. Установите аттенюатор в положение «15 В». Нажмите на переключатель, он устанавливается в положение «15 В».

2.4. К гнезду «Выход1» подключите нагрузку 50 Ом, к ней подключите вольтметр. Нажмите на нагрузку.

2.5. Установите переключатель пределов измерения вольтметра Ф-584 в положение «30 В»: нажмите на кнопку «30» на вольтметре.

2.6. Поверните ручку «РЕГУЛИРОВКА ВЫХ.» вправо до упора. Убедитесь, что вольтметр показывает не менее 15 В»: нажмите на ручку «РЕГУЛИРОВКА ВЫХ.», она поворачивается вправо.

2.7. Установите частоту 20 Гц. Убедитесь, что вольтметр показывает не менее 15 В»:

установите «МНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ» в положение «1»;

нажмите на диск селектора.

Установите частоту 200 кГц. Убедитесь, что вольтметр показывает не менее 15 В»:

установите «МНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ» в положение «103»;

нажмите на диск селектора.

Проведите определение метрологических характеристик генератора.

3. Определение погрешности установки частоты генератора по шкале частот. Измерения проводятся в трех точках каждого диапазона: в начале, в середине и в конце. Измерения необходимо произвести дважды. Сначала при увеличении частоты, затем при уменьшении.

3.1. Подключите к гнезду «ВЫХОД1» нагрузку 50 Ом, к нагрузке подключите частотомер в режиме измерения частоты: нажмите на нагрузку, собирается схема.

3.2. Установите диапазон 1 генератора, частота в начале диапазона = 20 Гц. Снимите показания частотомера:

установите «МНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ» в положение «1»;

нажмите на диск селектора, он поворачивается до «20».

3.3. Установите диапазон 1 генератора, частота в середине диапазона = 60 Гц. Снимите показания частотомера: нажмите на диск селектора, он поворачивается до «60».

3.4. Установите диапазон 1 генератора, частота в конце диапазона = 200 Гц. Снимите показания частотомера: нажмите на диск селектора, он поворачивается до «200».

3.5. Установите диапазон 2 генератора, частота в начале диапазона = 200 Гц. Снимите показания частотомера:

установите «МНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ» в положение «10»;

нажмите на диск селектора, он поворачивается до «20».

3.6. Установите диапазон 2 генератора, частота в середине диапазона = 600 Гц. Снимите показания частотомера: нажмите на диск селектора, он поворачивается до «60».

3.7. Установите диапазон 2 генератора, частота в конце диапазона = 2000 Гц. Снимите показания частотомера: нажмите на диск селектора, он поворачивается до «200».

3.8. Установите диапазон 3 генератора, частота в начале диапазона = 2000 Гц. Снимите показания частотомера:

установите «МНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ» в положение «102»;

нажмите на диск селектора, он поворачивается до «20».

3.9. Установите диапазон 3 генератора, частота в середине диапазона = 6000 Гц. Снимите показания частотомера: нажмите на диск селектора, он поворачивается до «60».

3.10. Установите диапазон 3 генератора, частота в конце диапазона = 20000 Гц. Снимите показания частотомера: нажмите на диск селектора, он поворачивается до «200».

3.11. Установите диапазон 4 генератора, частота в начале диапазона = 20000 Гц. Снимите показания частотомера:

установите «МНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ» в положение «103»;

нажмите на диск селектора, он поворачивается до «20».

3.12. Установите диапазон 4 генератора, частота в середине диапазона = 60000 Гц. Снимите показания частотомера: нажмите на диск селектора, он поворачивается до «60».

3.13. Установите диапазон 4 генератора, частота в конце диапазона = 200000 Гц. Снимите показания частотомера: нажмите на диск селектора, он поворачивается до «200».

3.14. Теперь необходимо провести те же испытания, но в обратном направлении, т. е. при уменьшении частоты. Пункты раздела 3.2–3.13 выполнить в обратной последовательности. При смене диапазона переключать «МНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ». Крутить диск селектора в обратном направлении.

3.15. Занесите показания частотомера в протокол и сделайте вывод о пригодности генератора.

4. Определение погрешности установки выходного напряжения генератора.

Определение погрешности установки выходного напряжения генератора проводится методом сравнения показания индикатора выходного уровня генератора с показаниями образцового вольтметра. Измерения проводятся в трех отметках шкалы «15 V», на частотах 20, 1000 и 200000 Гц. Измерения необходимо произвести дважды. Сначала при увеличении напряжения, затем при уменьшении.

4.1. К гнезду «Выход1» подключите нагрузку 50 Ом, к ней подключите вольтметр: нажмите на нагрузку, собирается схема.

4.2. Установите частоту генерации 1000 Гц:

установите «МНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ» в положение «10»;

нажмите на диск селектора, он поворачивается до «100».

4.3. Установите выходное напряжение = 3 В. Снимите показания вольтметра: нажмите на «РЕГУЛИРОВКА ВЫХ».

4.4. Установите выходное напряжение = 9 В. Снимите показания вольтметра: нажмите на «РЕГУЛИРОВКА ВЫХ».

4.5. Установите выходное напряжение = 15 В. Снимите показания вольтметра: нажмите на «РЕГУЛИРОВКА ВЫХ».

4.6. Теперь второй проход. При уменьшении напряжения. Установите выходное напряжение на максимум, затем = 15 В. Снимите показания вольтметра: нажмите на «РЕГУЛИРОВКА ВЫХ».

4.7. Установите выходное напряжение = 9 В. Снимите показания вольтметра: нажмите на «РЕГУЛИРОВКА ВЫХ».

4.8. Установите выходное напряжение = 3 В. Снимите показания вольтметра: нажмите на «РЕГУЛИРОВКА ВЫХ».

4.9. Установите частоту генерации 20 Гц:

установите «МНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ» в положение «1»;

нажмите на диск селектора, он поворачивается до «20».

4.10. Точный повтор пунктов 4.3–4.8.

4.11. Установите частоту генерации 200 кГц:

установите «МНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ» в положение «103»;

нажмите на диск селектора, он поворачивается до «200».

4.12. Точный повтор пунктов 4.3–4.8.

4.13. Занесите показания вольтметра в протокол и сделайте вывод о пригодности генератора.

5. Определение погрешности ослабления встроенного аттенюатора.

Действительное значение ослабления встроенного аттенюатора определяется непосредственным измерением напряжения на выходе генератора образцовым вольтметром на частотах 20, 1000 Гц и 200кГц.

5.1. К гнезду «Выход1» подключите нагрузку 50 Ом, к ней подключите вольтметр: нажмите на нагрузку, собирается схема.

5.2. Установите частоту генерации 20 Гц:

установите «МНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ» в положение «1»;

нажмите на диск селектора, он поворачивается до «20».

5.3. Установите предел измерения вольтметра «10 V»: нажмите на кнопку «10» на вольтметре.

5.4. Установите аттенюатор в положение 15 V, переключатель «НАГРУЗКА» в положение «АТТ.», ручкой «РЕГУЛИРОВКА ВЫХ.» установите напряжение по вольтметру = 9 В: нажмите на ручке «РЕГУЛИРОВКА ВЫХ.».

5.5. Переключите аттенюатор в положение «5 V». Смените предел вольтметра на «3 V». Снимите показания вольтметра. Сделайте вывод о пригодности генератора:

нажмите на переключатель аттенюатора;

нажмите на кнопку «3» на вольтметре.

5.6. Переключите аттенюатор в положение «1,5 V». Смените предел вольтметра на «1 V». Снимите показания вольтметра. Сделайте вывод о пригодности генератора:

нажмите на переключатель аттенюатора;

нажмите на кнопку «1» на вольтметре.

5.7. Переключите аттенюатор в положение «500 mV». Смените предел вольтметра на «300 mV». Снимите показания вольтметра. Сделайте вывод о пригодности генератора:

нажмите на переключатель аттенюатора. Он поворачивается в положение «500 mV»;

нажмите на кнопку «300» на вольтметре.

5.8. Переключите аттенюатор в положение «150 mV». Смените предел вольтметра на «100 mV». Снимите показания вольтметра. Сделайте вывод о пригодности генератора:

нажмите на переключатель аттенюатора. Он поворачивается в положение «150 mV»;

нажмите на кнопку «100» на вольтметре.

5.9. Переключите аттенюатор в положение «50 mV». Смените предел вольтметра на «30 mV». Снимите показания вольтметра. Сделайте вывод о пригодности генератора:

нажмите на переключатель аттенюатора. Он поворачивается в положение «50 mV»;

нажмите на кнопку «30» на вольтметре.

5.10. Переключите аттенюатор в положение «15 mV». Смените предел вольтметра на «10 mV». Снимите показания вольтметра. Сделайте вывод о пригодности генератора:

нажмите на переключатель аттенюатора. Он поворачивается в положение «15 mV»;

нажмите на кнопку «10» на вольтметре.

5.11. Установите частоту генерации 1000 Гц:

установите «МН