ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ ОСЦИЛЛОГРАФА

Цель: Изучить работу осциллографа, измерить при помощи осциллографа напряжение и частоту синусоидального сигнала генератора ГССФ.

Оборудование: Генератор ГССФ, осциллограф С1-93, мультиметр MY-642, сигнальные провода.

Ход работы: Осциллограф и мультиметр подключают к генератору по схеме, изображенной на рис. 2.1, 2.1а.

 

Рис. 2.1. Монтажная схема соединения осциллографа, генератора, мультиметра

 

Рис. 2.1а. Внешний вид монтажной схемы

На генераторе задают синусоидальный сигнал произвольной частоты и напряжения. За действительное значение частоты принимают показания индикатора частоты генератора, за действительное значение напряжения — действующее значение напряжения, снимаемое мультиметром, подключенным к генератору согласно схеме. Осциллограф подключают к генератору. Снимают показания с осциллографа:

Т — период;

U_m — амплитудное значение напряжения.

По снятым показаниям находят частоту n и действующее значение напряжения U по формулам:

n = 1/Т;

 

U = U_m/ .

 

Проводят серию измерений, данные заносят в табл. 2.1.

Таблица 2.1

N	T, мс	Um, В	n, Гц	U, В

 

По показаниям мультиметра и генератора находят абсолютную и относительную погрешности измерений действующего значения напряжения и частоты по формулам:

 

DU = (DU_a / U) * 100%, D n = (Dn _a / n) * 100%.

Относительную и абсолютную погрешности вычислений действительного значения напряжения и частоты заносят в табл. 2.2.

Таблица 2.2

N	Ui, В	∆ Ua, В	∆ U, %	ni, Гц	∆ na, Гц	∆ n, %

 

По полученным результатам формулируют выводы.

Контрольные вопросы

1. Из каких частей состоит лабораторный комплекс «Электричество и магнетизм»? Для чего они предназначены?

2. Сигналы какой формы может вырабатывать генератор напряжений специальной формы? Как изменить форму сигнала?

3. Как определить, что генератор напряжений перегружен? Что нужно сделать при наличии перегрузки?

4. Какие величины позволяет измерить мультиметр?

5. Как необходимо подсоединить мультиметр для измерения тока? Какие входы мультиметра нужно задействовать? В какое положение установить переключатель режимов?

6. Как подсоединить мультиметр для измерения переменного напряжения?

7. Как измерить сопротивление мультиметром? Какова точность измерения?

8. Как измерить напряжение и частоту осциллографом? Как определить погрешности измерения?

Работа № 3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРА

Цель: Ознакомиться с методами измерения электрической емкости конденсатора С.

Оборудование: Генератор напряжений, мультиметры, миниблоки: «Интегратор тока», «Ключ», «Конденсатор» эталонной емкости, «Конденсатор» неизвестной емкости.

Введение

Измерение емкости конденсатора можно осуществить различными методами. В данной работе в основу измерения емкости положено соотношение между зарядом конденсатора Q, его емкостью C и разностью потенциалов U на обкладках конденсатора:

Q = CU. (1)

Метод измерения

Метод измерения емкости конденсатора включает в себя градуировку интегратора тока, определение неизвестной емкости двумя методами, контроль правильности результата градуировки путем измерения емкости C батареи из двух конденсаторов известной емкости.

В данной работе для измерения заряда используется интегратор тока.

При этом величина заряда, прошедшего через него, пропорциональна показанию вольтметра U_инт:

Q U = γ _инт, (2)

где γ — градуировочная постоянная интегратора.

Расчетную формулу для измеряемой емкости найдем, используя равенства (1) и (2):

С = γ U_инт / U. (3)

Определение градуировочной постоянной (градуировку прибора) выполняют также с помощью формулы (3), проводя измерения для эталонного конденсатора с известной емкостью С_э. При этом выражение

(4)

позволяет рассчитать величину γ (величины с индексом «э» относятся к измерениям с эталонным конденсатором).

Для проверки правильности градуировки прибора необходимо провести с его помощью измерение какой-либо известной емкости. Для этого можно использовать емкость, полученную путем соединения двух конденсаторов С_э и С_х, предварительно измерив неизвестную емкость С_х. Сравнивая измеренное значение емкости соединенных конденсаторов С_эксп с рассчитанным по известным формулам для параллельного и последовательного соединений, проверяем надежность градуировки.

 

Описание установки

Схема электрической цепи представлена на рис. 3.1, монтажная схема — на рис. 3.2.

Рис. 3.1. Электрическая схема

1 — регулируемый источник постоянного напряжения «0 ÷ +15 В»; 2 — переключатель;
3 — миниблок «Ключ»; 4 — исследуемый конденсатор С; 5 — демпфирующий ключ;
6 — интегратор тока; 7 — миниблок «Интегратор тока»; 8, 9 — мультиметры
(режим V 20 В, входы COM, VΩ )

 

Для зарядки конденсатора переключатель 2 устанавливают в положение «А», а демпфирующий ключ 5 замыкают (положение «Сброс»). Конденсатор заряжают до напряжения U (не более 2 В), контролируемого вольтметром 9. Перед измерением демпфирующий ключ 5 размыкают, а переключатель 2 переводят в положение «В». При этом заряд, имеющийся на обкладках конденсатора, пройдет через интегратор тока и будет зафиксирован вольтметром 8 (показание вольтметра U_инт). В дальнейшем вследствие утечек напряжение, зафиксированное вольтметром 8, может меняться.

Рис. 3.2. Монтажная схема

3 — миниблок «Ключ»; 7 — миниблок «Интегратор тока»; 8, 9 — мультиметры

Порядок выполнения работы

Выполнение измерений

1. Соберите электрическую цепь по схеме, приведенной на рис. 3.2, подключив конденсаторы С_х и С_э параллельно. Значение эталонной емкости С_э запишите в табл. 3.1.

2. Включите кнопками «Сеть» питание блока генераторов напряжения и блока мультиметров. Нажмите кнопку «Исходная установка».

3. Зарядите конденсаторы, для этого:

а) демпфирующий ключ 5 установите в положение «Сброс»;

б) переключатель 2 (тумблер) установите в положение «А»;

в) изменяя напряжение зарядки конденсатора кнопками установки напряжения «0 ÷ +15 В» (позиция 14, рис. 1.1), установите его не более 2 В (отсчет по мультиметру 9).

4. Разрядите заряженный конденсатор через интегратор, для этого:

а) разомкните демпфирующий ключ 5;

б) переведите переключатель 2 в положение «В». Если при этом загорится индикатор перегрузки у интегратора тока, уменьшите напряжение зарядки конденсаторов. Запомните показания мультиметра 8 непосредственно после разряда конденсатора.

5. Повторите пункты 3 и 4 несколько раз, подобрав такое напряжение зарядки (показания мультиметра 9) U_парал, при котором напряжение разрядки (показания мультиметра 8) составит 8 ÷ 10 В (величина, пропорциональная заряду конденсатора). Запишите это напряжение в табл. 3.1 и далее в ходе лабораторной работы не изменяйте его.

Таблица 3.1

№	Эталонный конденсатор Сэ = мкФ	Определение емкости
Неизвестный конденсатор	Соединение конденсаторов
параллельное	последовательное
	Uэ = В	Ux = В	Uпарал = В	Uпосл = В
1.
2.
3.
4.
5.
Среднее

 

6. Не меняя напряжение зарядки U_парал, выполните 5 измерений , записывая значения в табл. 3.1.

7. Соедините С_х и С_э последовательно .Напряжение U_посл оставьте равным U_парал. Выполните 5 измерений и запишите результаты в табл. 3.1.

8. Проведите отдельно измерения величины для эталонного конденсатора С_э и величины для конденсатора неизвестной емкости С_х. Величины U_э и U_х остаются равными U_парал и U_посл. Результаты измерений занесите в табл. 3.1.

9. Для проверки правильности градуировки с помощью мультиметра измерьте неизвестную емкость конденсатора (см. стр. 13 «измерение емкости»), результат запишите в табл. 3.2, точность измерения мультиметра .

10. Выключите кнопками «Сеть» питание блока генераторов напряжения и блока мультиметров.

Обработка результатов измерений

1. Используя данные табл. 3.1, рассчитайте градуировочную постоянную γ (формула 4)

2. По формуле (3) рассчитайте емкости неизвестного конденсатора

,

емкость параллельно соединенных конденсаторов

и емкость последовательно соединенных конденсаторов

.

Результаты расчетов запишите в табл. 3.2.

Таблица 3.2

Неизвестная емкость Сх , мкФ	Емкость соединения С, мкФ
параллельное	последовательное
экспер.	измерен.	экспер.	расчет.	экспер.	расчет.

3. Оцените относительную погрешность величины С_х:

,

где — относительная погрешность эталонной емкости (задана на миниблоке), — точность (относительная погрешность) измерения мультиметром напряжения.

4. Используя значения емкостей С_э и , по формулам для параллельного и последовательного соединений конденсаторов рассчитайте

и

.

Результаты расчетов запишите в табл. 3.2.

5. Найдите относительное отклонение экспериментальных значений от расчетных в процентах:

;

.

Полученные результаты расчетов запишите в табл. 3.2.

6. Сопоставляя эти отклонения с относительной погрешностью измерений , сделайте заключение о точности измерений.

7. Сравните результаты измерения неизвестной емкости ( и ).

Контрольные вопросы

1. Дайте определения величин емкости проводника и конденсатора.

2. От каких величин зависит емкость проводника и конденсатора?

3. Как изменится емкость конденсатора при изменении проницаемости диэлектрика ε _r или расстояния между обкладками d:

а) если конденсатор отключен от источника тока;

б) без отключения?

4. Запишите формулы для расчета емкости при последовательном и параллельном соединениях конденсаторов. Как изменяется емкость в соединении по сравнению с емкостью одного конденсатора?

5. Сравните параметры (заряд, напряжение) одного конденсатора и батареи конденсаторов, соединенных:

а) последовательно;

б) параллельно.

6. Какую величину измеряют интегратором? От чего зависят показания U прибора?

7. Что показывает величина градуировочной постоянной γ ?

8. Какие величины необходимо измерить для градуировки прибора?

9. Какие формулы используют для определения градуировочной постоянной γ , емкости неизвестного конденсатора С_х и емкости соединения конденсаторов С_эксп и С_расч?

 

Работа № 4

12345678Следующая ⇒

Поделиться: