Материал: Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплинам «Метрология и радиоизмерения». Затонский В.И., Лепендина Р.Н

ФГБОУВПО «Воронежский государственный технический университет»

Кафедра систем информационной безопасности

273-2011

Методические указания

к выполнению лабораторных работ по дисциплинам

«Метрология и радиоизмерения» направления 210400 «Радиотехника», специальности 210600 «Радиоэлектронные системы и комплексы» и «Измерения в телекоммуникационных системах» специальности 090302 «Информационная безопасность телекоммуникационных систем» очной и заочной форм обучения

Воронеж 2011

Составители: канд. техн. наук В.И. Затонский,

преподаватель Р.Н. Лепендина

УДК 621.317.3

Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплинам «Метрология и радиоизмерения» направления 210400 «Радиотехника», специальности 210600 «Радиоэлектронные системы и комплексы» и «Измерения в телекоммуникационных системах» специальности 090302 «Информационная безопасность телекоммуникационных систем» очной и заочной форм обучения / ФГБОУВПО «Воронежский государственный технический университет»; сост. В.И. Затонский, Р.Н. Лепендина, Воронеж, 2011. 31 с.

В работе содержатся указания по проведению лабораторных работ и оформлению отчета, а также контрольные вопросы для проверки подготовленности студентов к лабораторной работе и сдаче зачета по ней. Методические указания предназначены для студентов второго и третьего курсов.

Методические указания подновлены в электронном виде в текстовом редакторе MS Word и содержатся в файле Затонский.doc.

Табл.18. Библиогр.:2 назв.

Рецензент канд. техн. наук, доц. А.Б. Токарев

Ответственный за выпуск зав. кафедрой

д-р техн. наук, проф. А.Г. Остапенко

Издается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета

© ФГБОУВПО «Воронежский государственный технический университет», 2011

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Основной задачей лабораторных работ по курсу «Метрология и радиоизмерения» является закрепление на практике знаний, полученных в процессе изучения теории, а также приобретение навыков правильного использования радиоизмерительных приборов и оценки точности проводимых измерений параметров радиотехнических цепей и сигналов.

Используя «Методические указания» студенты знакомятся с целью и содержанием каждой лабораторной работы, методикой ее выполнения и обработки данных эксперимента путем проведения соответствующих расчетов и построения графиков.

Для обеспечения высокого качества выполнения лабораторной работы и более глубокого усвоения материала, студентам необходимо предварительно готовиться к очередным лабораторным занятиям.

В связи с этим студент должен знать заранее, какую работу он будет выполнять и в порядке подготовки к лабораторной работе ему необходимо ознакомиться с её описанием, изучить теоретический материал, уточнить цели и задачи, поставленные в лабораторной работе. Перед выполнением работы сдать преподавателю зачет по контрольным вопросам к данной работе.

Отчет выполняется в виде рабочего протокола выполнения лабораторной работы (в рукописном виде), содержащего все полученные (в том числе и промежуточные) показания измерительных приборов, расчетные формулы, результаты проведенных расчетов и выводы по результатам выполненной работы.

Студент допускается к выполнению очередной лабораторной работы при условии, что имеется задолженность в сдаче отчетов не более чем по одной из предыдущих работ.

УКАЗАНИЯ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ

При выполнении лабораторных работ студенты обязаны соблюдать следующие правила техники безопасности:

1. Не включать силовые установки, рубильники без разрешения преподавателя. Перед началом работы заземлить используемые приборы.

2. Не допускать включения в сетевые розетки каких-либо проводов без штепсельных вилок.

3.Запрещается применять для соединения приборов провода с поврежденной изоляцией.

4. При обнаружении неисправностей в сетевой проводке не делать исправлений своими силами.

5. Если при прикосновении к корпусу или шасси прибора ощущается действие тока, выключить установку или прибор и заявить об этом преподавателю или лаборанту.

6. Все переключения и изменения в схемах, смену предохранителей производить только при выключенном напряжении.

7. При неисправности установки немедленно отключить напряжение и сообщить об этом преподавателю или лаборанту.

8. В случае поражения работающего электрическим током последний должен быть немедленно освобожден от соприкосновения с токоведущими частями выключением электросети или иным способом, обеспечив предварительно собственную безопасность. Необходимо без промедления приступить к оказанию первой помощи и вызвать врача. Если пострадавший находится в бессознательном состоянии, то следует немедленно применить искусственное дыхание.

Лабораторная работа № 1

Измерение параметров цепей с помощью куметра Е9-4

Цель работы: 1. Ознакомиться с принципом работы куметра.

2. Приобрести практические навыки измерения с помощью куметра: добротности, индуктивности и собственной емкости катушек, емкости и тангенса угла диэлектрических потерь конденсаторов.

Комплект оборудования рабочего места

1. Куметр Е9-4

2. Наборы катушек индуктивности и конденсаторов

Порядок выполнения работы

1. Измерение индуктивности катушки резонансным методом

1.1 Измерение индуктивности катушки без учета собственной емкости Ск

Включить прибор в сеть и прогреть его в течение 5-10 минут. Изучить назначение органов управления прибором, вынесенных на его переднюю панель (ручки переключения частотных диапазонов, плавной перестройки частоты внутри диапазона, режимов: установки нуля индикаторов, калибровки, измерения, перестройки емкости «С» эталонного конденсатора, индикаторов добротности «Q», уровня входной мощности и др.) и расположение клемм подключения конденсаторов «Сх» и катушек «Lх».

Перед измерениями прибор откалибровать, для чего:

- в режиме «УСТ. НУЛЯ» ручками «НУЛЬ Q» и «НУЛЬ УРОВНЯ» выставить нули на шкалах стрелочных приборов;

- в режиме «КАЛИБРОВКА» ручкой «УРОВЕНЬ» выставить стрелку прибора «УРОВЕНЬ» на красную риску шкалы;

- перевести прибор в режим «ИЗМЕРЕНИЕ».

Подключить катушку к соответствующим клеммам прибора. По табличке на его передней панели найти значение резонансной частоты fрез₁, входящей в рабочий диапазон частот катушки, и установить её. Перестраивая емкость эталонного конденсатора Сэ, настроить контур в резонанс по максимальному отклонению стрелки индикатора добротности «Q». Считать значение индуктивности по шкале «L», находящейся на одном лимбе со шкалой «Сэ» и располагающейся ниже. Считанное со шкалы значение «L» умножить на коэффициент из таблички частот на приборе. Занести в таблицу 1 полученные значения fрез_1, Сэ₁, L₁.

Полученное значение L₁ индуктивности катушки несет в себе методическую погрешность, т.к. при измерениях не была учтена собственная емкость катушки Ск.

1.2 Измерение индуктивности катушки с учетом собственной емкости Ск

Предварительно необходимо измерить собственную емкость катушки Ск, например, методом изменения в «К» раз значения резонансной частоты: fрез₂ = Кfрез₁.

Взяв определенное значение К (например, К=1,41), установить на приборе частоту fрез₂ = Кfрез₁. Перестраивая емкость эталонного конденсатора куметра, настроить контур в резонанс на частоте fрез₂. Зафиксировать новое значение емкости эталонного конденсатора Сэ₂. Собственная емкость катушки вычисляется по формуле:

Ск = (Сэ₁ – К ²Сэ₂) / (К² – 1)

Индуктивность катушки L₀ с учетом её собственной емкости Ск будет равна:

L₀= 1 /4π² fрез₁²(Сэ₁+Ск).

Относительная погрешность измерения индуктивности за счет собственной емкости катушки Ск, рассчитывается по формуле:

δ (%)= 100 (L₁ – L₀) / L₀.

Занести в таблицу 1 результаты измерений fрез_2, L₀, Ск.

Таблица 1

2. Измерение добротности катушки.

Ручкой «Уст.уровня» установить стрелку прибора «Уровень» на красную риску, что фиксирует величину напряжения генератора (Uг = const), подаваемого на контур.

С помощью эталонного конденсатор настроить контур в резонанс на частоте fрез₁ в соответствии с п.1.1. Произвести отсчет добротности Q по максимальному показанию стрелочного прибора «Q» (градуируется в отношении напряжения на реактивном элементе контура U_LC к напряжению Uг генератора: Q = U_LC / Uг). Результаты измерений занести в таблицу 1.

3. Измерение емкости С и угла диэлектрических потерь tgδ конденсатора

3.1 Измерение малых емкостей

Емкости до 430пФ измеряются при параллельном подключении исследуемого конденсатора Сх к эталонному конденсатору Сэ куметра. Последовательность измерения следующая.

К клеммам «Lх» подключить катушку. Установить емкость конденсатора куметра Сэ₁ = 450пФ. Изменением частоты генератора настроить контур в резонанс по максимальному показанию прибора «Q». Контролируя положение стрелки прибора «Уровень» на красной риске, зафиксировать значения Q₁. Затем к клеммам «Сх» подключить исследуемый конденсатор. Снова настроить контур в резонанс, но только с помощью конденсатора куметра Сэ и записать новые полученные значения Сэ₂ и Q₂. Расчетные значения Сх и tgδ определяются по формулам:

Сх = Сэ₁ – Сэ₂ , tgδ = Сэ₁ (Q₁- Q₂) / (Сэ₁ – Сэ₂)Q₁Q₂.

Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 2.

Таблица 2

3.2 Измерение больших емкостей.

Ёмкости более 430пФ измеряются при последовательном

подключении исследуемого конденсатора к контуру куметра.

Методика измерения следующая. Катушку подключить к клеммам «Lх». Эталонный конденсатор куметра установить на значении Сэ₁=250пФ. Изменением частоты генератора контур настроить в резонанс, замерить и занести в таблицу 2 значение добротности Q₁.

Используя специальное приспособление исследуемый конденсатор Сх подключить последовательно с катушкой. Не перестраивая частоту генератора, а с помощью эталонного конденсатора Сэ повторно настроить контур в резонанс записать новые значения Сэ₂, Q_2.

Расчетные значения Сх и tgδ определяются по формулам:

Сх = Сэ₁*Сэ₂ / (Сэ₂ – Сэ₁),

tgδ = (Сэ₁*Q₁ – Сэ₂*Q₂) / (Сэ₂ – Сэ₁)Q₁Q₂.

Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 2.

Контрольные вопросы

1. Какие цепи считаются цепями с сосредоточенными параметрами, с распределенными параметрами?

2. Что такое резонанс? В чем его проявление?

3. Нарисовать упрощенную схему куметра и объяснить принцип его действия.

4. Какие параметры цепей можно измерить куметром?

5. В чем особенности измерений «больших» и «малых» емкостей? Что определяет границу разделения методов измерения?

6. Какие погрешности устраняются при предварительной калибровке куметра?

Лабораторная работа №2

Осциллографические методы измерения параметров сигнала

Цель работы: 1. Изучить назначение органов управления двухканального осциллографа.

2. Приобрести практические навыки использования осциллографических методов измерения параметров сигналов.

Комплект оборудования рабочего места

1. Двухканальный электронный осциллограф С1-55

2. Электронный вольтметр В3-13 (В7-16А)

3. Генераторы сигналов Г3-102, Г5-15

4.Частотомер Ч3-33

Порядок выполнения работы

1. Изучение органов управления осциллографа

Заземлить приборы, подать силовое питание и прогреть их в течение 5-10 минут.

На передней панели осциллографа определить зоны расположения и назначение органов управления (кроме зоны калибратора):

- каналом «I» («яркость», «фокус», «усиление», «↨» и др.) и аналогичные - каналом «II»;

- скоростью разверток (переключатели «РАЗВЕРТКА» и др.);

-каналом синхронизации запуска разверток (переключатель «ВНУТР»- «ВНЕШН», ручки «УРОВЕНЬ», «СТАБ» и др.);

- ручек горизонтального смещения разверток «↔».

Ручкой «СТАБ» добиться появления на экране двух линий разверток и опробовать влияние на них всех органов управления (кроме зоны калибратора). Освоив использование ручек «↔» и «↨», вывести развертки в центр экрана и отрегулировать их яркость и четкость.

Ступенчатые переключатели «УСИЛЕНИЕ» обоих каналов установить в положение К =5 В/дел, а их центральные ручки плавной регулировки – по часовой стрелке до упора.

2. Измерение величины напряжения сигнала.

На генераторе Г3-102 включить внутреннюю нагрузку и

установить частоту fг=2,5кГц. Выходной сигнал генератора подать на электронный вольтметр и установить напряжение 8В. Подать сигнал на вход канала «I» осциллографа. Режим синхронизации осциллографа – «ВНУТР I ». Ручкой «УРОВЕНЬ» канала синхронизации добиться устойчивого изображения сигнала на экране.

Меняя значение «К» (В/дел) ступенчатого переключателя «УСИЛЕНИЕ», добиться наибольшего вертикального размера

изображения сигнала и определить его размер «М» в делениях шкалы экрана. Тогда амплитуда входного сигнала будет равна Uа = МК/2, а его действующее значение Uд=Uа/ √2.

Принимая показание электронного вольтметра Uэ=8В за эталонное, найти погрешность измерения напряжения осциллографическим методом: