Сборник ЛАБ. Методические указания для студентов по проведению лабораторных работ для специальности
 Скачать 0.52 Mb.
|
Собрать лабораторную установку по схеме. 39 2.2.4 Тороидальные трансформаторы на ферритовых сердечниках. 3 Задание 3.1 Самостоятельно изучить методические рекомендации по исследованию петель гистерезиса различных низкочастотных магнитомягких материалов. 3.2 Рассчитать магнитную проницаемость ферритов. 3.3 Определить марку феррита. 4 Работа в лаборатории 4.1 Описание лабораторной установки Принципиальная схема для наблюдения формы петли магнитного гистерезиса приведена на рисунке. Установка состоит из генератора звуковой частоты (ЗТ), электронного осцилогрофа (ЭО), милливольтметра и лабораторного макета с испытуемым тороидальным Рисунок 4.3.1 – Принципиальная схема лабораторной установки 38 Для измерения сопротивления используется провод круглого сечения, причем длину и сечение провода выбирают исходя из условий получения сопротивления, достаточного для надежных измерений величины приданной чувствительности прибора. Электросопротивление металлических образцов измеряется с помощью моста универсального типа. 2.2 Перечень используемого оборудования 2.2.1 Мост универсальный типа Е 2.2.2 Образцы проводников низкоомных и высокоомных. 3 Задание 3.1 Самостоятельно изучить методические рекомендации по определению удельного электросопротивления проводников 3.2 Рассчитать удельное электросопротивление низкоомных и высокоомных проводников. 4 Работа в лаборатории 4.1 Измеритель Е предназначен для измерения индуктивности, емкости, сопротивления, тангенсов угла потерь и добротности элементов радио цепи. Измерительная схема прибора представляет собой мост коммутацией плеч, которого могут быть получены 5 вариантов схем для измерения 1- сопротивления 2 -емкости и тангенса угла потерь 3 -емкости и добротности по параллельной схеме замещения 4 -индуктивности и тангенса угла потерь 5 -индуктивности и добротности по последовательной схеме замещения. 4.2 Подготовка приборов к работе 4.2.1 Ознакомиться с расположением и назначением органов управления на передней и задней панелях прибора. 4.2.2 Перед включением прибора необходимо 1) тумблер СЕТЬ установить в нижнее положение ВКЛ; 2) измерение R на переменном токе подсоединить к гнездам L, C, R c помощью кабеля измеряемый объект 3) установить ручку «ЧУВСТВИТ.» в крайнее левое положение 4) ручку «U ген на задней стенке прибора - в крайнее правое положение 11 5) тумблер «Измер. Q» в положение «Измер.»; 6) переключить «Q>0,5; Q<0,5; в положение «tg δ »»; 7) отчетную шкалу «tg δ » и множитель в положении левого отчета 8) переключатель «L, C, R , R = » установите в положение «R », переключатель ЧАСТОТА Н - в положение, соответствующее частоте, на которой предполагается проводить измерения (при установке переключателя в положение «100» загорается сигнальная лампочка С, LX10»); 9) переключатель ПРЕДЕЛЫ поставьте в крайнее левое положение первый придел 10) ручку «ЧУВСТВИТ.» установите в крайнее правое положение 11) выберите нужный предел измерения. Для этого вращением ручки ПРЕДЕЛЫ поочередно меняйте установленный предел до тех пор, пока знак напряжения разбаланса на индикаторе баланса не измениться на противоположный. Это есть нужный для измерения предел 12) уравновесьте мост, вращением ручки МНОЖИТЕЛЬ постепенно увеличивая чувствительность до величины, обеспечивающей индикацию разбаланса на ½ погрешности измерения для данной величины 13) измеренная величина сопротивления равна произведению отсчета по шкалам МНОЖИТЕЛЬ назначение сопротивления, соответствующее выбранному пределу и указанное в таблице на передней панели прибора 14) измерение сопротивлений на постоянном токе. Подсоедините измеряемый объект к зажимам соединительного кабеля и произведите измерения. Процесс измерения аналогичен описанию в пункте 8; Рисунок 4.1 – Схема установки для измерения электрического сопротивления 12 Лабораторная работа №6 Исследование петель гистерезиса различных низкочастотных магнитомягких материалов, определение магнитной проницаемости и магнитных потерь 1 Цель работы 1.1 Научиться определять магнитные свойства материалов с помощью петли гистерезиса. 2 Пояснения к работе 2.1 Краткие теоретические сведения К высокочастотным магнитным материалам относятся магнитодиэлектрики и ферриты. Ферриты представляют собой магнитную керамику с незначительной электронной проводимостью, вследствии чего они могут быть отнесены к электронным полупроводникам. К преимуществу ферритов по сравнению с другими магнитными материалами следует отнести 1) высокое удельное объемное сопротивление ρ v , которое достигается 10 8 – 10 9 Ом·м; 2) высокую магнитную проницаемость (от единицы до 12000); 3) высокие механические свойства (твёрдость и др. Ферриты имеют высокую диэлектрическую проницаемость, которая зависит от частоты и состава ферритов. Их тангенс угла диэлектрических потерь от 0,005 до 0,1. Очень большое значение удельного сопротивления ферритов позволяет использовать их на очень высоких частотах, вплоть до сантиметрового диапазона. Ферриты – ферримагнетики. По химическому составу они являются двойными окислами железа и двухвалентных (реже – одновалентных или трёхвалентных) металлов с общей формулой nMeO·mFe 2 O 3 , где Me - символ метала. 2.2 Перечень использованного оборудования 2.2.1 Генератор ГЗ-102; 2.2.2 Осциллограф типа С 2.2.3 Милливольтметр ВЗ-38А; 37 R х Е7-11 Объединив формулы 8 и 9 получаем формулу 10: Par ƒ mq mu S S tg δ= —— = ————————— = —————— (10) Pc π ƒ mq mu │Qy│ │Qx│ π │Qy│ │Qx│ 4.3.14 Вычислить масштабы mq и mu для каждого измерения сегнетоконденсатора. Результаты записать в таблицу 1. 4.3.15 Вычислить эффективную ёмкость Сэ и tg δ для всех измерений. Результаты записать в таблицу 1. 5 Содержание отчёта Отчёт должен содержать 5.1 Название работы. 5.2 Цель работы. 5.3 Задание. 5.4 Перечень используемого оборудования. 5.5 Принципиальную схему установки для снятия характеристик с сегнетоконденсатора. 5.6 Результаты вычислений и измерений характеристик сегнетоконденсатора. 5.7 Изображение петли гистерезиса снятое на кальку. 5.8 Ответы на контрольные вопросы. 5.8.1 Что такое спонтанная поляризация 5.8.2 Какие свойства характерны для сегнетоэлектриков 5.8.3 При каких условиях сегнетоэлектрик теряет свои свойства 5.8.4 Где применяются сегнетоэлектрики 5.9 Выводы по работе. Список литературы Богородицкий Н.П., Пасынков В.В. Материалы радиоэлектронной техники, Энергоатомиздат, 1985. - с. 36 Рисунок 4.2 – Схема моста для измерения сопротивления 4.3 Порядок выполнения работы 4.3.1 Ознакомиться с методом измерения сопротивлений на мосте Е. 4.3.2 Подготовить прибор к работе. 4.3.3 Вычислить площадь сечения проводиков, предложенных для измерения сопротивлений по формуле 2: 4 d S 2 ⋅ π = , (2) где S – площадь сечения проводникам диаметр проводникам Поочередно замерить сопротивление образцов. 4.3.5 Подсчитать удельное электрическое сопротивление по формуле. 4.3.6 Все результаты опытов занести в таблицу. 13 tg δ Таблица 1 – Результаты вычисления удельного электрического сопротивления Измерить Вычислить Наименование металлам, мОм, м, Ом*м 1. Медь 2. Константан 3. Сталь Таблица 2 – Свойства металлов Металл Значение удельного электрического Сопротивления, мкОм*м 1 2 Медь 0,0172 Алюминий 0,028 Вольфрам 0,055 Молибден 0,057 Золото 0,224 Серебро 0,016 Платина 0,105 Железо 0,073 5 Содержание отчета Отчет должен содержать 5.1 Цель работы. 5.2 Перечень используемого оборудования. 5.3 Задание. 5.4 Схему для определения электросопротивления проводников. 5.5 Результаты измерений электросопротивлений проводников таблица 1). 5.6 Сравнительную характеристику по величине ρ исследуемых проводников. 5.7 Ответы на контрольные вопросы 14 Формулы 5 и 6 используются для вычисления масштабов, mg ⎥⎦ ⎤ ⎢⎣ ⎡ м Кл и mU мВ | Q | 2 2 U C m X 0 0 g ⋅ ⋅ = , (5) | Q | 2 2 U m X X U ⋅ = , (6) Тангенс угла гистерезисных потерь вычисляется по формуле 7: с ar Р Р tg = δ (7) Реактивная мощность сегнетоэлектрика определяется по формуле 8: U 2 m Pc = U 2 ω э = ——— 2 π ƒ э = π ƒ Qm Qm Um (8) 2 Гистерезисные потери Par в сегнетоконденсаторе определяются по площади петли гистерезиса S по формуле 9: Par= ƒ mq mu S, (9) где S - площадь петли, м ƒ – частота, Гц. Площадь петли диэлектрического гистерезиса определяется путём подсчёта числа полных и усреднённого числа неполных квадратных миллиметров на осциллограммах с помощью миллиметровой бумаги. 35 4.3.11 Отсоединить сегнетоконденсатор. 4.3.12 Выключить милливольтметр. 4.3.13 Результаты измерений занести в таблицу. Таблица 1 – Результаты вычислений эффективной ёмкости конденсатора и диэлектрических потерь 1 Измерить Вычислить № п/п U x , В Uo, В Со, Ф Qx, m Qy, m mq Кл/м mu В/м S, м 2 Сэ, Ф tgδ 1 2 3 Определение по петле диэлектрического гистерезиса эффективной ёмкости и гистерезисных потерь сегнетоконденсатора производится следующим образом. Эффективная ёмкость вычисляется по формуле 3: m m Э U Q С = (3) где Qm – максимальное значение заряда сегнетоконденсатора, Кл СЭ – ёмкость линейного конденсатора, Ф. Um – напряжение, В. Обозначив масштаб вертикального отклонения луча на экране осциллографа через mg, а масштаб горизонтального отклонения луча через mu получим формулу 4: ) Q ( m ) Q ( m U Q C X u Y g Э (4) где Qx – горизонтальное отклонение луча (ось напряжения, или размеры осциллограммы по горизонтали, м Qy – вертикальное отклонение луча (ось зарядов, или размеры осциллограммы по вертикали, м. 34 5.7.1 Что называется удельным сопротивлением 5.7.2 Единица измерения ρ металлических проводников. 5.7.3 Зависит ли ρ от геометрических размеров проводникового материала 5.7.4 Как можно классифицировать проводниковые материалы 5.7.5 Назовите проводники с высокой проводимостью и проводники высокого электросопротивления. 5.8. Выводы по работе. Список литературы Богородицкий Н. П, Пасынков В.В., Тарев Б.М. Электротехнические материалы Учебник для ВУЗов.-7-е издание перераб. и допол. - Л Энергоатомиздат, 1985. – с. 15 Лабораторная работа №3 Определение диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь 1 Цель работы 1.1 Научиться определять значения важнейших параметров диэлектриков диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь с помощью универсального моста Е. 2 Пояснение к работе Краткие теоретические сведения Диэлектрическая проницаемость диэлектриков – это качественная характеристика процессов поляризации. Поляризацией диэлектрика называется обратимый процесс смещения упруго связанных с молекулами или атомами электрических зарядов, атак же их взаимная переориентация под действием электрического поля. Степень поляризации диэлектрика характеризуется увеличением ёмкости конденсатора, когда вместо воздушной прослойки в нём устанавливается данный диэлектрик. Так для плоского конденсатора d S C 0 ε ⋅ ε = , (1) где ε – относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика ε 0 – диэлектрическая постоянная S – площадь одного электродам толщина пластины диэлектрика между электродами м. Минимальное значение относительной диэлектрической проницаемости, равно 1, имеет воздуха у сегнетоэлектриков достигает нескольких десятков и сотен тысяч. Используя для измерения плоские (пластиночные) образцы можно применить для вычисления формулу ёмкости плоского конденсатора формула 2): 16 Милливольтметр переменного тока В3-38А предназначен для измерения эффективного значения синусоидальных переменных напряжения от 10 -4 В до В в диапазоне частот от 205 Гц до 1 МГц. Рабочие условия прибора температура окружающего воздуха от –10 0 до +40 С, атмосферное давление 0,1 МПа с частотой 50 ± 0,5 Гц , отсутствие механических вибраций, мощных постоянных и переменных магнитных полей и мгновенных изменений напряжения сети. Прибор готов к работе через 5 мин. после его включения. Осциллограф универсальный С1-65А предназначен для исследования формы электрических сигналов путём визуального наблюдения и измерения их амплитудных и временных параметров. Осциллограф может эксплуатироваться в следующих условиях а) температура окружающего воздуха от 243 К (-30 С) до 323 К (+50 С б) относительная влажность воздуха допри температуре до 308 К (+35 Св) атмосферное давление 100 кПа ± 4кПа. 4.3 Порядок выполнения работы 4.3.1 Собрать лабораторную установку по схеме, предварительно ознакомившись се описанием. 4.3.2 Включить осциллограф С1-65А, дать ему прогреться в течении 5 мин. 4.3.3 К клеммам Сх на макете подключить сегнетоконденсатор. 4.3.4 Включить милливольтметр, поставив тумблер в положение «Вкл». Прогревать прибор в течении 5 мин. 4.3.5 Ручкой регулятора выходного напряжения генератора установить по встроенному в генератор вольтметру напряжение на сегнетоконденсаторе В. 4.3.6 Два измерительных конца экранированного кабеля милливольтметра подсоединить к клеммам на макете и снять значение. 4.3.7 Переснять на кальку изображение петли диэлектрического гистерезиса с экрана осциллографа. 4.3.8 Повысить напряжение на сегнетоконденсаторе до В и повторить измерения, снова пересняв на кальку изображение петли. 4.3.9 Повысить напряжение на сегнетоконденсаторе до В. Повторить все операции. 4.3.10 С помощью регулятора напряжения вывести до нуля напряжение на сегнетоконденсаторе. 33 Ux- подключение к схеме с помощю клемм регулятора выходного напряжения генератора U- милливольтметр В3-38А; Сх - исследуемый конденсатор Со - эталонный линейный конденсатор, имеющий ёмкость значительно превышающий емкость испытуемого конденсатора о – милливольтметр В3-38А; ЭО – осциллограф типа С. Напряжение подаётся с конденсатора Со на пластины вертикального отклонения. Оно зависит от величины заряда ёмкости Сх, т.к. из-за последовательного соединения между собой конденсаторов Сои Сх заряды на них одинаковы (формула 1): Qo = Qx = C Uo , (1) где Q0 – заряд на обкладках конденсатора С, Кл Х – заряд на обкладках конденсатора Сх, Кл С – емкость конденсатора, Ф О – напряжение на конденсаторе Со, В. Напряжение на конденсаторе определяется по формуле 2: X X 0 0 0 C Q C Q U = = , (где Uo- напряжение на конденсаторе Со, В Со – емкость конденсатора Со, Ф. Поэтому луч опишет на экране осциллографа зависимость в координатах заряд – напряжение. Так как Со>>Сх, то хо (при последовательном соединении конденсаторов, если принебречь в точках утечки, напряжения распределяются обратно пропорционально емкости. Практически можно считать, что х равно напряжению на вторичных зажимах автотрансформатора ОНШ. Оба напряжениях и о подводятся на горизонтальные пластины осциллографа непосредственно, минуя усилитель. 4.2 Назначение и технические характеристики приборов лабораторной установки. 32 h r C 2 0 ⋅ π ε ⋅ ε = , (2) где С – емкость плоского конденсатора, Ф h – толщина, см r – радиус измерительного электрода, см Энергия, теряемая в диэлектрике под действием приложенного напряжения и вызывающая разогрев диэлектрика, называется диэлектрическими потерями. С увеличением частоты тока и величины приложенного напряжения потери возрастают. Потери в диэлектрике обычно характеризуются tgδ. При изготовлении высококачественных кабелей в качестве изоляции выбирают диэлектрику которого ε и tg имеют минимальные значения ε ≤ 2,8 tg ≤ 0,001 В конденсаторе же стремятся использовать диэлектрики с большим значением ε. 2.2 Перечень используемого оборудования 2.2.1 Мосты универсальные Е. 2.2.2 Штангенциркуль 0…15 мм. 2.2.3 Образцы конденсаторов. 3 Задание 3.1 Самостоятельно изучить методические рекомендации по определению диэлектрической проницаемости и тангенсу угла диэлектрических потерь. 3.2 Рассчитать диэлектрическую проницаемость используемых диэлектриков, определить тангенс угла диэлектрических потерь. 4 Работа в лаборатории 4.1 Измеритель ёмкости, цифровой прибор типа Е, предназначен для измерения емкости и тангенса угла потерь электрических 17 конденсаторов с автоматическим цифровым отсчётом результатов измерения в лабораторных условиях. Рисунок 4.1.1 - Схема присоединения двухэлектродных ёмкостей к прибору Е. 4.2 Подготовка к работе 4.2.1 Перед включением прибора ознакомится с инструкцией по эксплуатации. 4.2.2 Тумблер СЕТЬ установить в нижнее положение. 4.2.3 Заземлить прибор с помощю клеммы защитного заземления. 4.2.4 Установить переключатель КАЛИБРОВКА в положение «ОТКЛ.». 4.2.5 Установить тумблер СЛЕЖЕНИЕ в нижнее положение. 4.2.6 Включить кабель питания в сеть. 4.3 Порядок работы с прибором Е Измерение ёмкости конденсаторов на приборе Е производится в следующем порядке 1). Кабели устройства подключите к гнёздам ЕЕ, и y. 2). Переключатель ЗАПУСК прибора Е установите в положение “ПЕРЕОДИЧ”. 18 3 Задание 3.1 Самостоятельно изучить методические рекомендации по исследованию электрических свойств сегнетоэлектриков. 3.2 Снять осциллограммы диэлектрического гистерезиса. 3.3 Определить по петле диэлектрического гистерезиса эффективную ёмкость испытуемого сегнетоконденсатора и потери на гистерезиса в зависимости от приложенного к конденсатору напряжения. 4 Работа в лаборатории Описание лабораторной установки Снятие характеристик сегнетоконденсаторов производится на осциллографической установке, принципиальная схема которой приведена на рисунке 4.1.1. Рисунок 4.1.1 – Принципиальная схема осциллографической установки Напряжение подаётся на пластины горизонтального отклонения луча осциллографах. Это напряжение равно половине напряжения, подаваемого на схему. Следовательно, горизонтальное отклонение луча пропорционально напряжению х, приложенному к исследуему конденсатору Сх. 31 ˜ Рисунок 2.1.2 – Графики зависимости заряда на обкладках конденсатора от подаваемого напряжения Осциллографические зависимости потерь на поляризацию для различных линейных и нелинейных диэлектриков приведены на рисунке. Наличие зависимости диэлектрической проницаемости и, следовательно, ёмкости сегнетоконденсатора от напряженности электрического поля заставляет ввести условное понятие эффективной ёмкости. Пусть приданном напряжении максимальное значение заряда сегнетоконденсаторов Qm. Если взять такой линейный конденсатору которого притом же напряжении максимальное значение заряда также равно Qm, то его ёмкость и принимается за эффективную ёмкость сегнетоконденсатора. Значит СЭ – ёмкость такого линейного конденсатора, максимальный заряд которого равен максимальному заряду сегнетоконденсатора при одном и том же напряжении. Сегнетоэлектрики применяются для изготовления малогабаритных конденсаторов большой емкости, для множителей и модуляторов частоты в усилителях мощности и напряжения, в запоминающих устройствах. |