Материал: Динмаический режим средств измерений
Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Санкт-Петербургский государственный
электротехнический университет
«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)
Кафедра ИИСТ
отчет
по лабораторной работе №1(6)
по дисциплине «Метрология»
Тема: Динмаический режим средств измерений.
Выполнил студент гр.1492: Чайкин И.А.
Преподаватель: Минаев А.В.
Санкт-Петербург
2023
Лабораторная работа 6.
ДИНАМИЧЕСКИЙ РЕЖИМ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ
Цель работы изучение динамического режима средств измерений.
Задание
-
Ознакомиться с лабораторной установкой. Собрать схему исследования динамического звена 2-го порядка. Получить у преподавателя задание на выполнение лабораторной работы. Записать частоту f0 собственных колебаний и коэффициент демпфирования (степень успокоения)для заданных вариантов реализации динамического звена. -
Исследовать динамический режим заданных средств измерений при ступенчатом изменении входного сигнала.
2.1. Определить динамическую погрешность при заданных параметрах звена 2-го порядка и выбранных амплитуде и частоте входных сигналов прямоугольных импульсов; погрешность определить в 6…10 точках на одном полупериоде входного сигнала. Построить графики входного и выходного сигналов исследуемого средства. Построить графики динамической погрешности. По результатам исследований сделать выводы о влиянии f0 и/или на характер изменения выходного сигнала и динамическую погрешность.
2.2. Определить время tу установления выходного сигнала для различных частот f0i собственных колебаний при заданном коэффициенте демпфирования . Построить график зависимости tу
= F(f0i) при = const. При определении времени установления принять погрешность асимптотического приближения переходного процесса, равную 5 % от установившегося значения.
2.3. Определить время tу установления выходного сигнала для различных коэффициентов i демпфирования при заданной частоте f0 собственных колебаний. Построить график зависимости tу = F(i) при f0 = const. По результатам пунктов 2.2, 2.3 сделать выводы о влиянии f0 и на время установления tу.
Общие сведения. Изменение входного сигнала во времени может значительно повлиять на результаты измерений. Важными при этом являются, во-первых, характер изменения сигнала, т. е. его динамические свойства, и, во-вторых, «скорость реакции» средства измерений на входное воздействие, определяемая динамическими характеристиками этого средства. В таких случаях говорят о динамическом режиме средства измерений.
При анализе динамического режима средств измерений оказывается весьма удобным рассматривать идеальные и реальные средства измерений, сопоставляя реакцию этих средств на одни и те же входные воздействия.
Идеальные в динамическом смысле средства измерений СИи, иначе безынерционные, имеют, как правило, линейную зависимость выходного сигнала yи(t) от входного x(t): yи(t) =
2.3. Определить время tу установления выходного сигнала для различных коэффициентов i демпфирования при заданной частоте f0 собственных колебаний. Построить график зависимости tу = F(i) при f0 = const. По результатам пунктов 2.2, 2.3 сделать выводы о влиянии f0 и на время установления tу.
-
Исследовать динамический режим средств измерений при синусоидальном входном воздействии. Определить погрешности в динамическом режиме при указанных параметрах (f0, ) звена 2-го порядка и заданной частоте входного сигнала; погрешности определить в 8…10 точках на одном периоде сигнала. Построить графики входного и выходного сигналов, график динамической погрешности. Сделать вывод о характере изменения динамической погрешности и оценить ее максимальное (амплитудное) значение.
Описание и порядок выполнения работы
Общие сведения. Изменение входного сигнала во времени может значительно повлиять на результаты измерений. Важными при этом являются, во-первых, характер изменения сигнала, т. е. его динамические свойства, и, во-вторых, «скорость реакции» средства измерений на входное воздействие, определяемая динамическими характеристиками этого средства. В таких случаях говорят о динамическом режиме средства измерений.
При анализе динамического режима средств измерений оказывается весьма удобным рассматривать идеальные и реальные средства измерений, сопоставляя реакцию этих средств на одни и те же входные воздействия.
Идеальные в динамическом смысле средства измерений СИи, иначе безынерционные, имеют, как правило, линейную зависимость выходного сигнала yи(t) от входного x(t): yи(t) =
kнx(t), где kн – номинальный коэффициент преобразования. Очевидно, что в таких средствах измерений выходной сигнал во времени полностью повторяет входной с точностью до множителя kн.
В
реальных средствах измерений СИр выходной сигнал y(t) в силу указанных причин будет иметь более сложную зависимость от входного сигнала, в частности, описываемую дифференциальными уравнениями соответствующего порядка.
Разность между выходным сигналом y(t) реального средства измерений и выходным сигналом yи(t) (сигнал идеального средства измерений) при одном и том же входном сигналеx(t) определяет динамическую погрешность по выходу реального средства СИр измерений:
y(t) = y(t) – yи(t).1 (6.1)
Рисунок 6.1 иллюстрирует возможный вариант входногоx(t) и выходных yи(t), y(t) сигналов идеального и реального средств измерений и возникающую при этом динамическую погрешность y(t). На рис. 6.2 показана структурная схема, удобная для интерпретации и оценки возникающей динамической погрешности.
Структурная схема лабораторной установки. Лабораторная установка состоит из трех основных блоков:
В специализированном горизонтальном модуле находится объект исследования – фильтр нижних частот (ФНЧ) 2-го порядка, в котором предусмотрена возможность дискретного изменения частоты собственных колебаний 4 положения, и коэффициента демпфирования (или степени успокоения)
В
реальных средствах измерений СИр выходной сигнал y(t) в силу указанных причин будет иметь более сложную зависимость от входного сигнала, в частности, описываемую дифференциальными уравнениями соответствующего порядка.
Разность между выходным сигналом y(t) реального средства измерений и выходным сигналом yи(t) (сигнал идеального средства измерений) при одном и том же входном сигналеx(t) определяет динамическую погрешность по выходу реального средства СИр измерений:
y(t) = y(t) – yи(t).1 (6.1)
Рисунок 6.1 иллюстрирует возможный вариант входногоx(t) и выходных yи(t), y(t) сигналов идеального и реального средств измерений и возникающую при этом динамическую погрешность y(t). На рис. 6.2 показана структурная схема, удобная для интерпретации и оценки возникающей динамической погрешности.
Структурная схема лабораторной установки. Лабораторная установка состоит из трех основных блоков:
-
унифицированной вертикальной стойки, включающей источники питания, генератор сигналов прямоугольной, синусоидальной и треугольной формы и измерительные приборы – цифровой частотомер и два цифровых вольтметра; -
двухканального электронно-лучевого осциллографа; -
специализированного горизонтального модуля, предназначенного для выполнения конкретной лабораторной работы – исследования динамического режима средств измерений.
В специализированном горизонтальном модуле находится объект исследования – фильтр нижних частот (ФНЧ) 2-го порядка, в котором предусмотрена возможность дискретного изменения частоты собственных колебаний 4 положения, и коэффициента демпфирования (или степени успокоения)
так же 4 положения. Различным сочетанием этих параметров достигается широкий диапазон изменения динамических характеристик объекта исследования. Ручки переключения соответствующих параметров установлены на лицевой панели пульта в правой верхней его части.
Структурная схема лабораторной установки представлена на рис. 6.3, где ЭЛО – двухканальный электронно-лучевой осциллограф, имеющий вход по оси Z; приборы, установленные на вертикальном стенде: ГС – генератор сигналов прямоугольной, синусоидальной и треугольной формы, ЦВ1 и ЦВ2 – цифровые вольтметры, ЦЧ – цифровой частотомер; устройства, встроенные в горизонтальный пульт (на схеме обведены штриховой линией): ФНЧ – фильтр нижних частот, УВХ1 и УВХ2 – устройства выборки и хранения мгновенных значений напряжений входного и выходного сигналов ФНЧ соответственно, блок синхронизации («Синхронизация»), блок управления выборкой («Управление выборкой»). Управление временем выборки осуществляется двумя потенциометрами, установленными в нижней правой части передней панели модуля.
Рекомендации по сборке схемы. При сборке принципиальной схемы, соответствующей структурной схеме (рис. 6.3), все связи реализуются двухпроводными линиями с соблюдением «земляных» зажимов. Входы Y1, Y2, Z осциллографа имеют коаксиальные кабели.
Перед проведением экспериментов необходимо совместить начальную установку лучей по обоим каналам осциллографа и установить одинаковые коэффициенты отклонений, удобные для визуального наблюдения. Установить коэффициент развертки, при котором на экране осциллографа наблюдается один период (или полупериод) входного сигнала.
Обработка результатов.
Задание 1.Построение графиков входного и выходного сигналов, определение
динамической погрешности и времени сигналов при ступенчатом режиме.
Таблица.1 при f0=0.4 и B=0.3
Структурная схема лабораторной установки представлена на рис. 6.3, где ЭЛО – двухканальный электронно-лучевой осциллограф, имеющий вход по оси Z; приборы, установленные на вертикальном стенде: ГС – генератор сигналов прямоугольной, синусоидальной и треугольной формы, ЦВ1 и ЦВ2 – цифровые вольтметры, ЦЧ – цифровой частотомер; устройства, встроенные в горизонтальный пульт (на схеме обведены штриховой линией): ФНЧ – фильтр нижних частот, УВХ1 и УВХ2 – устройства выборки и хранения мгновенных значений напряжений входного и выходного сигналов ФНЧ соответственно, блок синхронизации («Синхронизация»), блок управления выборкой («Управление выборкой»). Управление временем выборки осуществляется двумя потенциометрами, установленными в нижней правой части передней панели модуля.
Рекомендации по сборке схемы. При сборке принципиальной схемы, соответствующей структурной схеме (рис. 6.3), все связи реализуются двухпроводными линиями с соблюдением «земляных» зажимов. Входы Y1, Y2, Z осциллографа имеют коаксиальные кабели.
Перед проведением экспериментов необходимо совместить начальную установку лучей по обоим каналам осциллографа и установить одинаковые коэффициенты отклонений, удобные для визуального наблюдения. Установить коэффициент развертки, при котором на экране осциллографа наблюдается один период (или полупериод) входного сигнала.
Обработка результатов.
Задание 1.Построение графиков входного и выходного сигналов, определение
динамической погрешности и времени сигналов при ступенчатом режиме.
Таблица.1 при f0=0.4 и B=0.3
| t,c | 0 | 0.5 | 1 | 1.5 | 2 | 2.5 | 3 | 3.5 |
| U вх. | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 |
| U вых. | -0.52 | 2.75 | 4.56 | 4 | 2.8 | 2.5 | 2.92 | 3.25 |
| dU | 3.52 | -0.25 | 1.56 | 1 | -0.2 | -0.5 | -0.08 | 0.25 |
Г
рафик.1Таблица.2 при f0=0.4 и B=0.7
| t,c | 0 | 0.5 | 1 | 1.5 | 2 | 2.5 | 3 | 3.5 |
| U вх. | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 |
| U вых. | -0.45 | 1.68 | 2.95 | 3.24 | 3.17 | 3.08 | 3.05 | 3.04 |
| dU | 3.45 | -1.32 | 0.05 | -0.24 | -0.17 | -0.08 | 0.05 | 0.04 |
Г
рафик. 2Таблица.3 при f0=0.4 и B=1
| t,c | 0 | 0.5 | 1 | 1.5 | 2 | 2.5 | 3 | 3.5 |
| U вх. | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 |
| U вых. | -0.49 | 1.08 | 2.3 | 2.76 | 2.95 | 3.01 | 3.04 | 3.05 |
| dU | 3.49 | 1.92 | 0.7 | 0.24 | 0.05 | -0.01 | -0.04 | -0.05 |
Г
рафик 3.Таблица.4 при f0=0.4 и B=2
| t,c | 0 | 0.5 | 1 | 1.5 | 2 | 2.5 | 3 | 3.5 |
| U вх. | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 |
| U вых. | -0.4 | 0.5 | 1.21 | 1.75 | 2.11 | 2.39 | 2.58 | 2.71 |
| dU | 3.4 | 2.5 | 1.79 | 1.25 | 0.89 | 0.61 | 0.42 | 0.29 |
Источник: https://tut-files.ru/previewfile/31413