Методичні вказівки щодо проведення лабораторної роботи «Вимір фазового зрушення компенсаційним методом»

 

Новокаховський приладобудівний фаховий коледж

  Лабораторія № 607 

Дисципліна: "Навчальна практика з вимірювань в телекомунікаційних та радіотехнічних системах"

 

МЕТОДИЧНІ   ВКАЗІВКИ  ДО  ПРОВЕДЕННЯ  ЛАБОРАТОРНОЇ  РОБОТИ

"Вимір фазового зрушення компенсаційним методом"

 

Ціль  роботи: одержати практичні навички по виміру фазового зрушення компенсаційним методом з осцилографічною індикацією.

 

Короткі теоретичні відомості

 

Вимір фазового зрушення компенсаційним (нульовим) способом пояснює рисунок 1.

 

Рисунок 1 – Компенсаційний метод визначення фазового зрушення

 

Для  виміру фазового зрушення компенсаційним методом з осцилографічною індикацією збирають вимірювальну установку, що складається з осцилографа, фазометра і зразкового фазообертача.

Фазообертачем називається пристрій, за допомогою якого в електричне коло вводиться відоме й регульоване фазове зрушення. Як  зразковий фазообертач можна використовувати RC-коло, складене з вимірювальних магазинів опорів (наприклад, магазин Р4830) і ємностей (наприклад, магазин Р544).

Градуіровку зразкового фазообертача виконують за схемою, зображеної на рисунку 2.

 

Рисунок 2 – Схема для градуіровки фазообертача

Розрахунок кута зрушення фаз   (див. рисунок 3) зразкового фазообертача можна виконувати за допомогою формули:

 

.                                                  (1)

Рисунок 3 - Діаграма напруг фазообертача

 

За допомогою попередньо відградуірованого фазообертача (_ф = var) до фази напруги u₂  додають фазовий кут _ф, такий, щоб фазове зрушення між напругами u₁ та  u₂' на входах індикатора рівності фаз (нуль-індикатор) дорівнював нулю. При цьому вимірюване фазове зрушення буде дорівнювати фазовому зрушенню, внесеному фазообертачем: =_ф.

Як  нуль-індикатор використовується  осцилограф в XY-режимі. Рівності фаз напруг u₁ та  u₂' відповідає момент стягування еліпса в пряму лінію.

Точність вимірювання компенсаційним методом досить висока. Похибка вимірювання визначається в основному якістю градуювання шкали зразкового фазообертача і досягає 0,1...0,2°. Похибка виміру кута зрушення  цим способом складається з похибки градуіровки фазообертача й похибки визначення моменту рівності фаз.

До недоліків методу варто віднести необхідність градуіровки фазообертача на кожній частоті, тому що  фазове зрушення _ф  залежить від частоти.

 

Порядок виконання роботи

 

Зберіть у комп’ютерній програмі Multisim схему виміру фазового зрушення  між двома джерелами сигналів згідно рисунка 4.

Установіть в схемі параметри елементів згідно таблиці 1.

 

Таблиця 1 – Параметри схеми вимірів

Назва параметра	Значення параметра
Ємність конденсатора С фазообертача, мкФ	5
Початковий опір резистора R фазообертача, Ом	200
ЕРС джерел  живлення E1=E2, В	40
Частота джерел живлення f, Гц	50
Зрушення фази джерела Е1 1, град.	0
Зрушення фази джерела Е2 2, град. (20…50)	35

Рисунок 4 – Схема виміру фазового зрушення

 

Виконайте градуіровку зразкового фазообертача на частоті джерела Е₁ f=50 Гц: зміною опору R фазообертача  зніміть покази  фазометра (плотера).  Результати вимірів занесіть у таблицю 2.

 

Таблиця 2 – Приклад градуіровки зразкового фазообертача

Опір резистора R фазообертача, Ом	200	300	400	500	600	700	800
Фазове зрушення  по плотеру, град.	17,4	25,2	32,1	38,1	43,3	47,7	51,5
Розрахунок кута зрушення фаз по формулі (1), град.	17,4	25,2	32,1	38,1	43,3	47,7	51,5

 

Виконайте розрахунок кута зрушення фаз  в RC-колі фазообертача по формулі (1). Результати розрахунків занесіть у таблицю 1.

Переконайтеся в правильності градуіровки зразкового фазообертача за допомогою плотера.

 

За результатами вимірів фазового зрушення в програмі Excel побудуйте градуіровочну характеристику  фазообертача (див. рисунок 5).  Зверніть увагу на нелінійність градуіровочної характеристики  фазообертача.

Рисунок 5 – Приклад побудови градуіровочної характеристики фазообертача

 

Підключіть до входу В двоканального осцилографа джерело сигналу Е₂ частотою f₂=50 Гц с довільним зрушенням фази (₂= 20…50).  Вибране значення заданого зрушення фази ₂ джерела Е₂ занесіть у таблицю 3.

 

Таблиця 3 – Розрахунок параметрів фазового зрушення

Фазове зрушення 2 джерела Е2, град.	Опір резистора R   по градуіровочній характеристиці, Ом	Розрахункове (формула 1) значення фазового зрушення розр, град.	Відносна похибка градуіровки фазообертача град, %
35	446,5	35,04	0,13

 

Знов установіть опір резистора в RC-колі фазообертача R=200 Ом.

Установіть осцилограф у режим синусоїдного  розгорнення «В/А». Поспостерігайте появу еліпса на екрані осцилографа, що характеризує наявність фазового зрушення між сигналами джерел Е₁ та Е₂ (див. рисунок 6,а).

                     а)                                                                  б)

Рисунок 6 – Стягування еліпса в пряму похилу лінію

 

По градуіровочній  характеристиці фазообертача точно визначіть значення опору резистора R_  фазообертача, що відповідає  заданому значенню фазового зрушення ₂ джерела Е₂.

Результат визначення  опору резистора R_  занесіть в таблицю 3.

Встановіть визначений опір резистора R_   в схемі виміру.

 

Включіть схему та поспостерігайте на екрані осцилографа стягування еліпса в пряму похилу лінію, що свідчить про компенсацію фазового зрушення між двома джерелами сигналів однієї частоти (див. рисунок 6,б).

 

Розрахуйте по формулі (1) значення фазового зрушення _розр.

Розрахуйте відносну похибку градуіровки фазообертача:

 

.                                     (2)

 

Результат розрахунку похибки градуіровки фазообертача занесіть у таблицю 3.

 

Установіть осцилограф в режим лінійного розгорнення «Y/T». По осцилограмі точно визначіть часове зрушення ΔТ між двома сигналами (див. рисунок 7).

 

Рисунок 7 - Визначення часового зрушення ΔT між двома сигналами

 

Обчисліть абсолютну похибку Δ_вим виміру моменту рівності фаз по формулі:

 

.                                  (3)

 

Розрахуйте відносну похибку _вим виміру моменту рівності фаз по формулі:

 

.                                             (4)

 

Результати розрахунків похибок занесіть у таблицю 3.

 

Таблиця 3– Розрахунок похибок вимірювання

Частота сигналу f, Гц	Часове зрушення ΔT, мкс	Похибка визначення моменту рівності фаз
		Абсолютна похибка Δвим, град	Відносна похибка δ, %
50	24	0,43	1,23

 

 

Контрольне питання

 

1.               Які переваги має  компенсаційний методом виміру фазового зрушення?

 

Зміст звіту по лабораторній роботі

 

1. Назва і ціль роботи.

2. Схема вимірів.

3. Таблиці результатів вимірів і обчислень. Формули розрахунків.

4. Градуіровочна характеристики фазообертача.   

5. Коротка відповідь на контрольне питання.

6. Короткі висновки по роботі.

 

 

Література

 

1.                Гуржій А.М.,  Поворознюк Н.І. Електричні і радіотехнічні  вимірювання / А.М. Гуржій,  Н.І. Поворознюк. – Київ: Навчальна  книга,  2002.
2.               Муратов В.Г. Метрологія, технологічні вимірювання та прилади  навчальний посібник. - вид. 2-е, доп. / В.Г Муратов. - К.: Освіта України, 2016 - (Рек. МОН України).