Главная страница
Навигация по странице:

  • 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

  • Общие сведения.

  • Структурная схема лабораторной установки.

  • Обработка результатов.

    		•

    Лаб Метр1. Динмаический режим средств измерений


    Скачать 379.8 Kb.
    НазваниеДинмаический режим средств измерений
    Дата10.03.2023
    Размер379.8 Kb.
    Формат файлаodt
    Имя файлаЛаб Метр1.odt
    ТипЛабораторная работа
    #979844

    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


    1. 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.

    2. 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.

    1. 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:

    • 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


    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.1

    Таблица.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. 2

    Таблица.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


    Г рафик 4.


    Таблица.5 при f0=0.8 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.
    0.96
    4.51
    2.59
    3.1
    3.13
    2.98
    3.08
    3.04

    dU
    2.04
    -1.51
    0.41
    -0.1
    -0.13
    0.02
    -0.08
    -0.04

    Г рафик 5.


    Таблица.6 при f0=0.8 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.
    0.67
    3.17
    3.12
    3.04
    3.05
    3.05
    3.05
    3.05

    dU
    2.33
    -0.17
    -0.12
    -0.04
    -0.05
    -0.05
    -0.05
    -0.05




    График 6.

    Таблица.7 при f0=0.8 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.
    0.36
    2.58
    2.99
    3.04
    3.05
    3.05
    3.05
    3.05

    dU
    2.64
    0.42
    0.01
    -0.04
    -0.05
    -0.05
    -0.05
    -0.05

    Г рафик 7.


    Таблица.8 при f0=0.8 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.
    -0.12
    1.4
    2.19
    2.62
    2.84
    3.94
    3
    3.03

    dU
    3.12
    1.6
    0.81
    0.38
    0.16
    -0.94
    0
    -0.03




    График 8.

    Таблица.9 при f0=1.2 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.
    2.79
    2.8
    3.21
    2.97
    3.07
    3.04
    3.05
    3.05

    dU
    0.21
    0.2
    -0.21
    0.03
    -0.07
    -0.04
    -0.05
    -0.05





    График 9.

    Таблица.10 при f0=1.2 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.
    1.54
    2.17
    3.04
    3.5
    3.05
    3.05
    3.05
    3.05

    dU
    1.46
    0.83
    -0.04
    -0.05
    -0.05
    -0.05
    -0.05
    -0.05


    Г рафик 10.

    Таблица.11 при f0=1.2 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.
    1.14
    2.93
    3.05
    3.5
    3.05
    3.05
    3.05
    3.05

    d U
    1.86
    0.07
    -0.05
    -0.05
    -0.05
    -0.05
    -0.05
    -0.05



    График 11.
    Таблица.12 при f0=1.2 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.
    0.29
    2.07
    2.69
    2.92
    3
    3.04
    3.05
    3.05

    dU
    2.71
    0.93
    0.31
    0.08
    0
    -0.04
    -0.05
    -0.05

    Г рафик 12.

    Таблица.13 при f0=1.6 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.
    3.73
    2.65
    3
    3.06
    3.05
    3.05
    3.05
    3.05

    dU
    -0.73
    0.35
    0
    -0.06
    -0.05
    -0.05
    -0.05
    -0.05

    Г рафик 13.

    Таблица.14 при f0=1.6 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.
    2.33
    3.06
    3.05
    3.05
    3.05
    3.05
    3.05
    3.05

    dU
    0.67
    -0.06
    -0.05
    -0.05
    -0.05
    -0.05
    -0.05
    -0.05

    Г рафик 14.
    Таблица.15 при f0=1.6 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.
    1.71
    3.03
    3.05
    3.05
    3.05
    3.05
    3.05
    3.05

    dU
    1.29
    -0.03
    -0.05
    -0.05
    -0.05
    -0.05
    -0.05
    -0.05

    Г рафик 15.

    Таблица.16 при f0=1.6 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.
    0.72
    2.43
    2.9
    3.01
    3.04
    3.05
    3.05
    3.05

    dU
    2.28
    0.57
    0.1
    -0.01
    -0.04
    -0.05
    -0.05
    -0.05

    Г рафик 16.

    Задание 2. Построение графиков зависимостей времени установления от собственной частоты колебаний и коэффициента демпфирования при заданных отдельных параметрах
    Таблица 1.


    f0, кГц


    0.4

    0.8

    1.2

    1.6

    ty при β=0.3, мс

    2.8
    2.3
    1.8
    1.4

    ty при β=0.7, мс

    2.5
    1.3
    1
    0.8

    ty при β=1, мс

    1.8
    1
    0.8
    0.8

    ty при β=2, мс

    3.5
    2
    1.5
    1.4

    Таблица 2.


    β

    0.3
    0.7
    1
    2

    ty при f0=0.4,

    2.8
    2.5
    1.8
    3.5

    ty при f0=0.8,

    2.3
    1.3
    1
    2

    ty при f0=1,2

    1.8
    1
    0.8
    1.5

    ty при f0=1.6

    1.4
    0.8
    0.8
    1.4




    График 1.

    Г рафик 2.

    Задание 3. Построение графика входного и выходного сигналов при синусоидальном режиме.

    Таблица 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
    2.65
    4.58
    3.95
    2.83
    2.5
    2.92
    3.25

    dU
    3.49
    0.35
    -1.58
    -0.95
    0.17
    0.5
    0.08
    -0.25



    График 1.


    В ходе данной лабораторной работы был исследован динамический режим электронно-лучевого осциллографа. На основе произведенных измерений были построены графики входного и выходного сигналов, а также найдены динамические погрешности при заданных частоте собственных колебаний и коэффициенте демпфирования.

    Было определено время установления выходного сигнала для каждого случая, что позволило построить графики зависимости tу от частоты собственных колебаний и коэффициента демпфирования. Зависимость времени установления от частоты носит гиперболический характер, с увеличением частоты время установления уменьшается.

    С увеличением коэффициента демпфирования время установления выходного сигнала так же уменьшается, однако после начинает снова расти.О характере данной зависимости сложно судить в силу малого количества экспериментальных точек.

    написать администратору сайта