Практическая часть
Используемое оборудование: учебный стенд; двухлучевой осциллограф; мультиметр; частотомер; генератор гармонических колебаний; двухполярный источник питания; электронно-счетный частотомер.
Цель работы: Используя учебный стенд и измерительные приборы научиться исследовать переходные процессы в пьезорезонансных измерительных преобразователях.
Задание 2: Определить динамические характеристики пьезорезонансного измерительного преобразователя.
Порядок выполнения расчетной части
1. В схему, исследованную в предыдущем задании вносят следующие изменения:
- генератор синусоидальных колебаний V1 заменяют источником сигналов произвольной формы E1 (пункт меню Component\Analog Primitives\Function Sources\NFV);
- будет установлен генератор, форма сигналов которого, определяется функцией времени. В первом примере зададим выходной сигнал генератора – постоянное напряжение 1Вольт (см. рисунок 1.9);
- выполняется сохранение схемы в отдельный файл.
Рисунок 1.5 – Колебательная RLC-цепь, подготовленная к анализу переходных процессов. Номиналы элементов не обозначены, поскольку для каждого варианта они выбираются из таблицы
2. Схема для исследования переходных процессов помещается в отчет.
3. Для получения формы выходного сигнала схемы при подаче на вход постоянного напряжения 1В необходимо запустить режим анализа переходных процессов (пункт меню Analysis\Transient Analysis).
4. В раскрывшемся диалоговом окне Transient Analysis Limits необходимо выполнить следующие установки:
- поле Time Range (Временной диапазон) задается значение продолжительности процесса, в котором будет построена зависимость. Чем больше эта величина, тем больший отрезок времени будет исследован, однако при этом возрастает и время выполнения расчета. Рекомендуется в это поле вводить значение, определяемое следующей формулой:
;
- поле Maximum Time Step определяет кванта времени при вычислении. Чем этот квант меньше, тем точнее выполняется расчет, но и дольше. Рекомендуется, чтобы на один период колебания приходилось не менее 500 точек. Этот параметр рассчитывается по следующей формуле:
;
- в поле Temperature ввести 20;
- флажок Auto Scale Ranges (Автоматический выбор масштаба) включить;
- флажок Operation Point выключить;
- в таблице, в первой строке в колонку X Expression (выражение по оси абсцисс) ввести T – т. е. время;
- в таблице, в первой строке в колонку Y Expression (выражение по оси ординат) ввести V(OUT) – т. е. напряжение на зажиме, обозначенном OUT;
- вторую строку таблицы очистить, все остальные установки оставить по умолчанию;
- запустить вычисления кнопкой Run.
5. На полученном графике, с помощью инструмента для определения горизонтальных размеров, выделить 10 периодов колебаний, рассчитать частоту колебаний. Результат занести на график (см. рисунок 1.6).
Рисунок 1.6 – Затухающие колебания в контуре при подаче на вход постоянного напряжения 1Вольт. Выделено 10 периодов колебаний. Подсчитана частота колебаний
6. График сохранить в отчете.
7. Вернуться к редактору схем и задать в функциональном генераторе Е1 следующую зависимость SIN(2*PI*1.2*F0*t), где вместо F0 – должно стоять значение резонансной частоты.
8. Построить временную зависимость выходного сигнала, а вторым графиком построить спектр выходного сигнала. Для этого в поле X Expression ввести F – т. е. частоту, а в поле Y Expression – HARM(V(OUT)) – т. е. спектр выходного напряжения. На полученном графике спектра нужно выделить область основных частотных составляющих. Оба графика вместе (см. рисунок 1.7) помещаются в отчет.
Рисунок 1.7 – Переходный процесс установления выходного сигнала при подаче на вход гармонического сигнала частоты, близкой к резонансу и его спектр.
32. С помощью Microsoft Word выполнить отчет по работе, который должен включать:
- титульный лист;
- задание, цель исследования;
- краткие теоретические сведения;
- порядок проведения лабораторной работы, в который помещен расчет и результаты, выполненные в Micro-Cap
- выводы по каждому из заданий (выводы должны содержать суть проведенных исследований и полученных результатов)
Порядок проведения экспериментальных исследований
Используя соответствующие руководящие материалы к пользованию измерительными приборами и оборудованием учебного стенда собрать схему для проведения экспериментальных исследований в соответствии с заданием к первой части лабораторной работы, произвести необходимые измерения и оформить отчет о выполненной работе.
Отчет сдается в распечатанном виде.
Лабораторная работа №3
Исследование автоколебательных процессов в пьезорезонансном измерительном преобразователе с одной степенью свободы
Теоретические сведения
С позиции теории колебаний линейная колебательная система может находиться в следующих состояниях:
- состояние покоя (полная энергия равна нулю, обобщенная координата равна нулю);
- режим свободных колебаний (Линейный осциллятор называют гармоническим, если его колебания около положения устойчивого равновесия происходят по гармоническому закону. Такими будут свободные колебания осциллятора в отсутствие сопротивлений. Линейный осциллятор будет затухающим, если кроме линейной восстанавливающей силы на него будет действовать линейная сила или линейный момент сопротивления, причем энергия, затрачиваемая на преодоление этих сопротивлений, не будет компенсироваться поступлениями извне, за счет работы других внешних сил, или из самой системы за счет поступлений из имеющихся в ней самой источников энергии.)
- режим вынужденных колебаний (Вынужденные колебания возникают в механической системе в результате воздействия на нее внешних (обычно периодических) сил или ударов (импульсов). Имеются следующие свойства вынужденных колебаний: а) вынужденные колебания происходят с частотой возмущающей силы; б) вынужденные колебания в отличие от свободных ни в чем не зависят от начальных условий; в) в зависимости от того, что больше частота собственных колебаний или частота возмущающей силы, результирующие колебания будет находиться в фазе или в противофазе к возмущающей силе. Если эти частоты совпадают, то наблюдается явление резонанса.)
Автоколебательные системы являются нелинейными системами. Автоколебательные системы относятся к системам неконсервативным, так как в составе действующих на такие системы сил имеются сопротивления, и движение системы сопровождается расходом энергии. В автоколебательных системах расход энергии на сопротивления точно компенсируется поступлениями из некоторого входящего в состав системы неколебательного источника, дозировка которых по времени подачи и по величине регулируется самой колеблющейся системой. Вследствие этого в автоколебательной системе могут возникать устойчивые периодические незатухающие колебания – так называемые автоколебания. Примером таких колебаний могут служить колебания маятника часов.
Способ компенсации расхода энергии является наиболее характерным свойством автоколебательной системы, по которому большей частью и распознаются эти системы. Таким же характерным свойством автоколебательной системы является наличие в ее конструктивной схеме следующих четырех частей:
1) постоянный (неколебательный) источник энергии;
2) колебательная система;
3) устройство, регулирующее поступления в колебательную систему энергии из источника энергии;
4) обратная связь между колебательной системой и регулирующим устройством, осуществляющим управление дозировкой подачи энергии в колебательную систему.
Расчетная часть
Системные требования: Pentium-150MHz, 16Mb RAM, Windows 9x или Windows NT, Microsoft Word, Micro-Cap.
Цель работы: Научиться строить фазовые портреты для анализа колебательных процессов в эквивалентных электрических схемах замещения пьезорезонансных измерительных преобразователей.
Задание 1: Исследовать автоколебательные процессы в RLC-цепи без дополнительных источников энергии.
Практическая часть
Используемое оборудование: учебный стенд; двухлучевой осциллограф; мультиметр; частотомер; генератор гармонических колебаний; двухполярный источник питания; электронно-счетный частотомер.
Цель работы: Используя учебный стенд и измерительные приборы научиться исследовать автоколебательные процессы в пьезорезонансных измерительных преобразователях.
Задание 2: Исследовать особенности возбуждения автоколебательных процессов в пьезорезонансных измерительных преобразователях.
Порядок выполнения расчетной части
1. Запустить приложение Microsoft Word и создать пустой документ. Это необходимо для выполнения отчета по работе.
2. Запустить приложение Micro-Cap. В новом проекте создать схему, приведенную на рисунке 2.1. Элементы схемы выбираются исходя из номера варианта по таблице 2.1. Для того чтобы установить начальный заряд конденсатора необходимо при вводе его емкости через пробел ввести «ic=1», т. е. начальный заряд в 1Вольт. Для расчета можно воспользоваться следующими формулами:
,
,
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 |
