ВСТУПНЕ ЗАНЯТТЯ

Мета – знайомство з лабораторним устаткуванням, вимірювальними приладами, правилами вимірювання та організацією виконання лабораторних робіт.

Опис лабораторного устаткування

Універсальний дослідницький лабораторний стенд (УДЛС-1) складається з набірного поля, блока живлення постійною напругою (БПН), блока живлення трифазною напругою (БТН), блока живлення змінною напругою (БЗН), електронного перемикача (ЕП), а також блоків змінного опору (БЗО), змінної ємності (БЗЄ), та змінної індуктивності (БЗІ).

Набірне поле являє собою площину з електричними гніздами для підключення і механічного закріплення елементів при складанні кола (рис. 1).

Рисунок 1 – Зовнішній вигляд універсального дослідницького лабораторного стенду з вимірювальним обладнанням

БПН – виробляє нерегульовану постійну напругу 20 В, а також регульовану постійну напругу від 2 до 30 В. БЗН – виробляє гармонічну напругу, періодичну послідовність прямокутних і симетричних трикутних однополярних імпульсів напруги. Напруга блока регулюється в межах 5-25 В, а частота від 0,1 до 8,0 кГц. БТН – виробляє трифазну напругу промислової частоти, інтенсивність якої регулюється ступінчасто від 0 до 40 В через
1 В. Кожен зі згаданих блоків живлення оснащений захистом від струмового перевантаження, який спрацьовує при струмі 1 А.

ЕП – електронний перемикач, опір якого ступінчасто змінюється від декількох Ом (замкнений стан) до декількох сотень кОм (розімкнений стан). ЕП комутується або зовнішньою напругою (5-15) В, (5-1000) Гц, або внутрішньою – 50 Гц. ЕП розташований в БПН. БЗО – дозволяє отримати опір від 1 до 999 Ом з кроком 1 Ом. Допустима потужність 5 Вт. БЗЄ – забезпечує регульованою ємністю від 0,01 до 9,99 мкФ, яку можна змінювати з кроком 0,01 мкФ. БЗІ – дозволяє змінювати індуктивність від 0,1 мГн до 9,99 мГн з кроком 0,1 мГн.

Крім зазначених блоків в комплект УДЛС – 1 входять елементи набірного поля, з’єднувальні провідники і перемикачі, а також контрольно-вимірювальні прилади (вольтметри, частотомір, фазометр, осцилограф) та високочастотний генератор гармонічної напруги і прямокутних імпульсів.

Визначення параметрів елементів досліджуваних електричних кіл проводиться мостом змінного струму, який є загальним для всієї лабораторії основ теорії кіл.

Нижче наведені умовні графічні позначення вимірювальних приладів і елементів, які використовуються у схемах електричних кіл.

Основні правила вимірювання

1.     Головна вимога до вимірів полягає в тому, щоб вимірювальний прилад якнайменше впливав на роботу кола. На жаль, через недосконалість приладів це не завжди вдається. В такому випадку прилад слід вважати складовою частиною кола і враховувати його вплив через еквівалентні параметри, які вказуються в інструкції з експлуатації приладу. Зовнішньою ознакою впливу приладу на роботу кола може бути зміна показів інших приладів при його відімкненні або підключенні. Допустима зміна не повинна перевищувати декількох відсотків. Якщо вплив вимірювального приладу на процеси в колі значний, то його використання для вимірів на інших ділянках кола неможливе.

2. Для вимірів напруги використовується вольтметр, який приєднується паралельно ділянці кола, де вимірюється напруга (рис. 2). При цьому необхідно слідкувати, щоб загальна (корпусна) клема приладу (позначена 1') була завжди з'єднана із загальною клемою джерела живлення і всього кола. Для вимірів напруги на ділянці R1 кола рис. 2, слід поміняти місцями ділянки R1 і R2 (звичайно, при цьому не повинен змінюватись характер з'єднання ділянок кола, які міняються). Для вимірів напруги, на вході кола рис. 2 клема 2 вольтметра перекидається на клему 1.

Рисунок 2 – Схема вимірювання напруги за допомогою вольтметра

3. Для вимірів змінних струмів використовується вольтметр і еталонний резистор, опір якого відомий. Цей резистор називається вимірювальним і позначається . На рис. 3, а наведена схема вимірювання напруги і струму ємності. За умови покази вольтметра наближено визначають напругу ємності . Струм ємності визначається за показами вольтметра

.

Умова буде виконуватись, якщо реактивний опір ємності . Тому опір вимірювального резистора повинен в десятки (2030) разів перевищувати опір елемента, струм якого вимірюється. Як правило, опір не перевищує 510 Ом.

Зменшення величини вимірювального опору обмежується чутливістю вольтметра, а також зовнішніми завадами.

а)

б)

Рисунок 3 – Електричні схеми а) вимірювання напруги і струму ємності та б) підключення фазометра

4. Для вимірювання різниці фаз між гармонічними напругами використовується фазометр – чотириполюсний прилад, схема підключення якого до кола показана на рис. 3, б.

Фазометр підключається до кола двома коаксіальними кабелями, які забезпечені подільниками напруги 1:15 і 1:100. Кабель з подільником 1:15 використовується при вхідних напругах від 50 мВ до 7 В, а з подільником 1:100 – відповідно для вхідних напруг у діапазоні від 0,5 до 60 В. При використанні фазометра без подільників напруги рівні вхідних сигналів на обох входах не повинні перевищувати 2 В.

Організація і виконання лабораторних робіт

Методичні вказівки до лабораторних робіт містять – мету роботи, її опис, який складається з методики проведення вимірів і стислих теоретичних положень, потрібних для свідомого виконання робіт, контролю правильності вимірів і обробки отриманих результатів; принципові або монтажні схеми досліджуваних кіл, а також порядок виконання роботи та вимоги до обробки її результатів; контрольні запитання і перелік літературних джерел тощо.

Основні правила організації і виконання лабораторних робіт полягають у тому, що:

1. До виконання кожної лабораторної роботи студенти готуються заздалегідь. Під час підготовки необхідно ознайомитись зі змістом лабораторної роботи, вивчити теоретичні положення, обміркувати порядок проведення вимірів та їх поточного контролю. Остання вимога особливо важлива для усунення грубих похибок вимірів.

Крім зазначеного, під час підготовки кожний студент повинен скласти попередній звіт до роботи, в якому вказати назву роботи, її мету, схеми досліджуваних електричних кіл чи пристроїв, таблиці для занесення результатів, а також порядок обробки результатів дослідів.

2. Лабораторні роботи виконуються бригадами з двох-трьох студентів. Кожна бригада повинна пройти співбесіду з викладачем на предмет готовності до виконання роботи.

3. При виконанні робіт з дисципліни “Основи теорії кіл” бригади самостійно складають досліджувані кола і показують їх для контролю викладачу або лаборанту. В разі виявлення помилок студенти повинні самостійно їх усунути.

4. Результати вимірів заносяться до таблиць попереднього звіту спочатку олівцем, а після контролю їх правильності – чорнилом.

Студенти несуть повну відповідальність за правильність результатів вимірів.

5.     Після закінчення роботи результати вимірів подаються на підпис викладачу.

6. До наступної роботи кожний студент повинен оформити звіт з попередньої роботи і бути готовим до її захисту.

Студенти, які не підготували звіт з попередньої роботи або не підготувались до наступної, до роботи в лабораторії не допускаються.

7. Перед виконанням першої лабораторної роботи студенти проходять інструктаж з техніки безпеки, про що повинен бути зроблений запис у відповідному журналі.

Завдання

1 Ознайомитись з інструкцією з експлуатації генератора сигналів
Г3-112 і з’ясувати та записати:

1.1 Призначення генератора і його технічні характеристики.

1.2 Призначення регуляторів передньої панелі і межі зміни частоти і напруги з допомогою регуляторів.

1.3 Записати значення внутрішнього опору генератора.

2 Ознайомитьсь з інструкцією з експлуатації осцилографа С1-93 і з’ясувати та записати:

2.1 Призначення осцилографа і його технічні характеристики.

2.2 Підготовку осцилографа до роботи.

2.3 Призначення регуляторів і кнопок управління передньої панелі.

2.4 Методику вимірювання напруг, частоти і різниці фаз.

3 Ознайомитись з інструкцією з експлуатації фазометра Ф2-34 і з’ясувати та записати:

3.1 Підготовку фазометра до роботи і режим калібрування.

3.2 Правила з’єднання фазометра з досліджуваним колом і ідентифікації його показів.

4 Ознайомитись з інструкцією з експлуатації вольтметрів В3-57,
В3-38 і з’ясувати та записати:

4.1 Призначення вольтметрів та їх технічні характеристики.

4.2 Призначення резисторів передньої панелі і їх можливості.

4.3 Методику ідентифікації показів вольтметрів.

4.4 Методику компенсації завад (В3-57).

5     Ознайомитись з інструкцією з експлуатації частотоміра ЧЗ-34 і з’ясувати та записати:

5.1 Призначення і технічні характеристики.

5.2 Призначення регуляторів передньої панелі.

5.3 Методику підготовки до роботи.

6     Ознайомитись з обладнанням УДЛС:

6.1 Облаштуванням набірного поля і методикою складання електричних кіл.

6.2 Блоками УДЛС і елементами набірного поля;

6.3 Допоміжними обладнаннями УДЛС (з’єднувальними провідниками, потенціометрами, вимірювальними опорами тощо).

Обробка результатів

Дані отримані при виконанні завдання подати у впорядкованому вигляді по кожному пункту завдання (форма подання обирається кожним студентом самостійно – таблиці, перелік, опис, зображення тощо).

Для захисту роботи треба вміти складати електричні кола на набірному полі УДЛС і вміти користуватись вимірювальними приладами, осцилографом і генератором.

Контрольні запитання

Вимоги кожного підпункту завдання, переформульовані у питання, утворюють контрольні запитання.

Література

Технічні описи: генератора низьких частот Г3–112 [4, С. 6–9, 16–20], мікровольтметра В3-57 [5, С. 6–10, 18–22, 25–26], мілівольтметра В3-38 [6, С. 6–8, 12–16], осцилографа С1–93 [7, С. 6–11, 24–44], частотоміру Ч3–34 [8, С. 8–16, 52–63], вимірювача різниці фаз Ф2–34 [9, С. 8–12, 93–97]; методика проведення вимірювань [1, С. 3–9].