Цель работы: Научиться создавать имитационные модели пьезорезонансных измерительных преобразователей и выполнять их расчет по переменному току
Задание 1: Исследовать простейшую колебательную систему пьезорезонансного измерительного преобразователя по переменному току, построить его амплитудно-частотную характеристику.
Практическая часть
Используемое оборудование: учебный стенд; двух лучевой осциллограф; мультиметр; частотомер; генератор гармонических колебаний; двухполярный источник питания; электронно-счетный частотомер.
Цель работы: Используя учебный стенд и измерительные приборы научиться исследовать амплитудно-частотные характеристики пьезорезонансного измерительного преобразователя.
Задание 2: Построить амплитудно - частотную характеристику пьезорезонансного измерительного преобразователя.
Порядок выполнения расчетной части задания
В Micro-Cap создать схему, приведенную на рисунке 1.1. Параметры элементов выбираются исходя из номера варианта по таблице 1.1.
Рисунок 1.1 – Колебательная RLC-цепь. Метками In и Out обозначены входной и выходной зажимы соответственно. Номиналы элементов не обозначены, поскольку для каждого варианта они выбираются из таблицы.
Таблица 1.1 – Выбор параметров колебательного контура для исследования
Вариант | R1, Ом | C1 | L1 | Вариант | R1, Ом | C1 | L1 |
1 | 300 | 1 нФ | 100 мГн | 9 | 320 | 3 нФ | 150 мГн |
2 | 250 | 4.3 нФ | 187 мГн | 10 | 200 | 2.5 нФ | 100 мГн |
3 | 490 | 0.1 нФ | 18 мГн | 11 | 500 | 0.5 нФ | 40 мГн |
4 | 160 | 0.1 нФ | 2 мГн | 12 | 110 | 0.4 нФ | 15 мГн |
5 | 75 | 25 пФ | 10 мкГн | 13 | 65 | 15 пФ | 35 мкГн |
6 | 60 | 4 пФ | 20 мкГн | 14 | 50 | 3 пФ | 10 мкГн |
7 | 30 | 10 пФ | 15 мкГн | 15 | 25 | 1 пФ | 2 мкГн |
8 | 20 | 7 пФ | 3 мкГн | 16 | 35 | 0.1 нФ | 10 мкГн |
Сохранить схему в отдельный файл. Запустить режим анализа по переменному току (Analysis\AC Analysis или Alt-2). В случаях, когда заранее неизвестно на какой частоте в данной схеме наблюдается резонанс (резонансы), поступают следующим образом:
- строят АЧХ в широком диапазоне частот (например, 1Гц – 100МГц), при этом используют логарифмический масштаб по оси частот, поскольку нижнее и верхнее значения диапазона отличаются на несколько порядков; по логарифмической АЧХ определяют частотные границы наиболее важной части графика (т. е. определяют поддиапазон частот, в котором наблюдается резонанс); повторно строят АЧХ в узком диапазоне частот околорезонансной области (масштаб по оси частот теперь берут линейный).
- в поле Frequency Range (диапазон частот) ввести «100Meg, 1». Это означает, что частотный диапазон, в котором будет осуществлен расчет, составит 1Гц – 100МГц; в поле Temperature ввести значение 20, хотя это также не имеет большого значения, поскольку в схеме отсутствуют температурно-зависимые элементы; в поле Frequency Step (шаг по частоте) выберите Auto. включите флажок Auto Scale Ranges (Автоматический выбор масштаба графика); в поле X Expression (выражение по оси абсцисс) таблицы введите «F», что означает частоту; в поле Y Expressison (выражение по оси ординат) таблицы введите V(OUT), т. е. напряжение на зажиме, обозначенном «OUT»;
слева от таблицы имеется набор цветных пиктограмм, необходимо установить режим логарифмического масштаба по оси абсцисс; запустить вычисления, нажав кнопку Run. 
Рисунок 1.5 – Логарифмическая АЧХ колебательного контура в широком диапазоне частот
По графику логарифмической АЧХ определить околорезонансный диапазон частот. Данный график сохранить в отчете. В диалоговом окне AC Analysis Limits необходимо выполнить следующие установки:
- в поле Frequency Range (диапазон частот) через запятую ввести значение верхнего и нижнего пределов; в поле Frequency Step (шаг по частоте) выберите Linear (линейный); в поле Number of Points (количество точек) введите значение 1000 (вообще, чем больше точек, тем более гладкий график получится).
слева от таблицы графиков имеется набор цветных пиктограмм, необходимо установить режим линейного масштаба по оси абсцисс; запустить вычисления, нажав кнопку Run. 
Рисунок 1.2 – АЧХ в линейном масштабе. Определение полосы пропускания колебательного контура.
По графику АЧХ определить резонансную частоту контура (по максимуму). Ординату максимума умножить на 0.707 – будет получено значение ординаты краев полосы пропускания. Далее 
, используя это значение определить полосу пропускания контура (В появившемся диалоговом окне ввести значение и нажать на клавиши Left и Right несколько раз). Сохранить полученный график в отчете. Подсчитать добротность Q колебательного контура по графику: 
,
где
f0 – резонансная частота;
Дf0.707 – полоса пропускания контура по уровню 0.707.
Подсчитать добротность и резонансную частоту колебательного контура по номиналам элементов и сравнить со значениями, полученными в предыдущем пункте:
, 
Результаты вычислений вместе с формулами занести в отчет.
Используя режим Stepping построить семейство из пяти АЧХ в зависимости от сопротивления резистора R1. Необходимо пометить кривые соответствующими подписями. При вводе данных в диалоговое окно Stepping обязательно нужно указывать соответствующие приставки. Полученный график сохранить в отчет.
Рисунок 1.3 – Семейство АЧХ в зависимости от сопротивления резистора R1.
Построить семейство АЧХ в зависимости от емкости С1 и индуктивности L1. Параметры режима Stepping выбирают так, чтобы максимумы всех кривых были видны на экране. Графики также помещаются в отчет. Выключить режим Stepping. Для построения фазо-частотной характеристики в диалоговом окне AC Analysis Limits вторую строку таблицы приводят в полное соответствие с первой, в колонку «P» вводят 2 – т. е. второй график, в колонку «Y Expression» вводят PH(V(OUT)) – т. е. фаза выходного напряжения. (см. рисунок 1.8)
Рисунок 1.4 – АЧХ и ФЧХ на одном графике
Полученный график сохранить в отчет
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 №2
Исследование переходных процессов в эквивалентной электрической схеме замещения пьезорезонансного измерительного преобразователя
Расчетная часть
Системные требования: Pentium-150MHz, 16Mb RAM, Windows 9x или Windows NT, Microsoft Word, Micro-Cap.
Цель работы: Научиться производить анализ переходных процессов в эквивалентных электрических схемах замещения пьезорезонансных измерительных преобразователей.
Задание 1: Исследовать переходные процессы в эквивалентной электрической схеме замещения пьезорезонансного измерительного преобразователя.
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.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 |
