Поверка генератора Г3-33 по расстройке частоты

Министерство образования и науки Российской Федерации

¾¾¾¾¾¾¾

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный политехнический университет»

Университетский политехнический колледж

«Радиополитехникум»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Дисциплина: Радиотехнические измерения и их

метрологическое обеспечение

Тема: Поверка генератора Г3-33 по расстройке частоты

Выполнил студент гр. 4291/1_                                        Яцук А.К.

Руквводитель                                                         СухопароваО.С.

  «___»___________20__г.

Санкт-Петербург

2014

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Целью данного курсового проекта является поверка низкочастотного генератора ГЗ-33 по расстройке частоты. Под расстройкой частоты понимают процесс, при котором мы вносим погрешность, тем самым отклоняя истинное значение. Генераторы классифицируются: по напряжению, роду тока, возбуждению, наличию щеток, степени защиты от внешних воздействий, способу подавления радиопомех.

1 Теоретическая  часть

1.1 Назначение  прибора

Генератор ГЗ-33 (рис. 1) представляет собой источник синусоидальных электрических колебаний звуковых и ультразвуковых частот. Этот прибор — измерительный генератор, предназначенный для регулировки и испытания низкочастотных каскадов радиоаппаратуры.

Внешний вид генератора Г3-33 представлен на рисунке 1.

Рис. 1 Внешний вид генератора Г3-33

1.2 Принцип действия прибора

Задающий генератор представляет собой RС-генератор, собранный на двух лампах. В цепи отрицательной обратной связи используется термистор типа, служащий для повышения устойчивости частоты генератора. Весь диапазон частот генератора разбит на четыре поддиапазона для генератора ГЗ-33. Переход с одного поддиапазона на другой производится при помощи переключателя, множитель которого равен 10. Настройка на заданную частоту осуществляется конденсатором переменной емкости, имеющим шкалу, градуированную по частоте в герцах. Для получения плавной расстройки в процентах от любой частоты фазирующая цепь содержит потенциометр.

Выходной усилитель имеет два каскада: первый — на лампе представляет собой фазоинвертор, выполненный по симметричной автобалансовой схеме; второй — усилитель мощности, собранный по двухтактной схеме на лампах, нагрузкой которых является выходной трансформатор. Делитель, рассчитанный на 600 Ом, подключен к выходной обмотке трансформатора. Напряжение смещения на сетке выходных ламп подается от самостоятельного выпрямителя. Выравнивание токов выходных ламп осуществляется изменением напряжения смещения лампы при помощи потенциометра.

Контроль токов каждой из выходных ламп производится по стрелочному прибору. При этом в двух крайних положениях переключателя прибор подключается параллельно шунтам, включенным в катоды выходных ламп. На входе усилителя стоит потенциометр, являющийся плавным регулятором выходного напряжения генератора.

В выходном усилителе используется два выходных трансформатора: один на диапазон от 20 до 20000 Гц, другой на диапазон от 20000 до 200000 Гц, которые переключаются автоматически при переходе от третьего диапазона к четвертому с помощью реле типа. Трансформатор на диапазон частот от 20000 до 200000 Гц ставится только в генераторе ГЗ-33.

Аттенюатор обеспечивает общее ослабление выходного сигнала до 100 дБ ступенями через каждые 10 дБ. При ослаблениях до 50 дБ схема аттенюатора представляет собой коммутируемые Г-образные звенья мостового типа. При ослаблениях свыше 50 дБ последовательно с этими звеньями подключается обычное Т-образное звено с затуханием 50 дБ. Схема аттенюатора рассчитана для работы на активную нагрузку 600 Ом.

Выходное устройство содержит два выходных трансформатора, один из которых работает в диапазоне частот от 200 до 20 000 Гц, второй работает в диапазоне от 20 000 до 200 000 Гц и устанавливается только в генераторе типа ГЗ-33. Переключение этих трансформаторов, так же, как и в усилителе, происходит автоматически с помощью реле.

Согласующий трансформатор служит для согласования выхода генератора с нагрузками 80; 600 и 6000 Ом. Переключение выхода генератора па различные нагрузки производится переключателем. В крайнем правом положении переключателя к выходным клеммам подключается непосредственно выход аттенюатора, при этом генератор имеет наилучшие выходные параметры. При работе генератора на нагрузку значительно больше 6000 Ом, нормальная работа аттенюатора обеспечивается включением внутренней нагрузки 600 Ом при помощи тумблера.

Кроме основного выхода, генератор имеет дополнительный низкоомный выход, рассчитанный на нагрузку 6 ом. Выход обеспечивается дополнительной понижающей обмоткой выходного    низкочастотного    трансформатора.

Вольтметр подключается ко входу аттенюатора и служит для контроля и установки напряжения. Он представляет собой обычную мостовую схему, в которой в качестве выпрямляющих элементов используются германиевые диоды типа. Прибор имеет две шкалы: основную на 30 В и дополнительную на 60 В.

Питание генератора производится от сети переменного тока частотой 50 Гц, напряжением 220 В.

В схеме выпрямителя используются силовые германиевые диоды.

Анодное напряжение 250 В стабилизировано при помощи электронного стабилизатора, в котором в качестве регулирующих используются две параллельно соединенные лампы; управляющей является лампа, источником опорного напряжения служит стабиловольт, который питается от самостоятельного выпрямителя. Стабилизированное опорное напряжение используется для подачи напряжения смещения на сетки выходных ламп усилителя.

Накал, подаваемый на лампы задающего генератора и выходного усилителя, стабилизируется с помощью дросселя насыщения. Опорное напряжение берется с высоковольтного стабилизатора. 

1.3 Технические  характеристики

1. Диапазон частот для генератора   ГЗ-33 от 20 до 200 000 Гц.
2. Весь диапазон перекрывается при помощи четырех поддиапазонов для генератора ГЗ-33: 20—200 Гц; 200—2000 Гц; 2000—20000 Гц и 20000—200000 Гц.
3. Погрешность генератора по частоте составляет ±(0,02F+1) Гц.
4. Уход частоты   после 30 мин предварительного прогрева не превышает:

• за первый час работы 0,0025 F Гц,

• за последующие семь часов работы 0,0015. F Гц

5. Пределы плавной расстройки по частоте ±0,015 F Гц.

6. Погрешность вводимой расстройки составляет ± (0,003^ + 0,3) Гц.
7. Нормальная выходная мощность 0,5 Вт.
8. Максимальная выходная мощность 5 Вт.
9. Нелинейные искажения при нагрузке 600 Ом, подключенной к выходу аттенюатора, не превышают:

• при выходной мощности 0,5 Вт на частотах от 400 до 5000 Гц 0,3%;

• на частотах от 50 до 390 Гц, от 5,1 до 20 КГц 0,7%;

— при выходной мощности 5 Вт на частотах от 60 до 20 000 Гц 3 %.

10. Неравномерность частотной характеристики относительно частоты 1000 Гц при нагрузке 600 Ом, подключенной к выходу аттенюатора, и номинальной мощности генератора 0,5 Вт не превышает ±0,5 дБ в диапазоне частот от 20 Гц до 20 КГц и ±1 дБ в диапазоне частот от 20 до 200 КГц.
11. Выходное сопротивление генератора рассчитано на согласованные нагрузки 6; 60; 600 и 6000 Ом.
12. Изменение выходного напряжения осуществляется плавно, а также с помощью аттенюатора ступенями через 10 дБ до 100 дБ относительно выходного уровня.

Погрешность делений аттенюаторов при активной нагрузке 600 ом не превышает:

• +0,5 дБ в диапазоне частот от 20 до 
  20 000 Гц для затуханий от +30 до —70 дБ;
• ±0,5 дБ в диапазоне частот от 20000 до 200000 Гц для затуханий от + 30 до - 30 дБ;
• ±1 дБ в диапазоне частот от 20 000 до 200 000 Гц для затуханий от - 40 до + 70 дБ.

13. Напряжение на входе аттенюатора контролируется стрелочным прибором, основная   погрешность градуировки которого не превышает ±2,5% от верхнего предела измерения на частоте 1000 Гц.

14. При изменении напряжения питания на ±10% выходное напряжение генератора меняется не более чем на ±2%.
15. Генератор питается от сети переменного тока напряжением 220 В частотой 50 Гц.
16. Потребляемая мощность не превышает 150 Вт.
17. Габариты: 550x350x360 мм.

Вес прибора не более 30 кг.

1.4 Описание структурной схемы

Структурная схема генератора Г3-33 приведена на рисунке 2.

Рис. 2 Структурная схема генератора Г3-33

Генератор ГЗ-33 состоит из следующих блоков: задающего генератора, выходного усилителя, выходного устройства и аттенюатора, вольтметра, блока   питания.

1.5 Правила техники  электробезопасности при работе  с прибором.

Основные положения. За технику электробезопасности отвечают лица, пользующиеся электрической энергией. Строго соблюдать правила безопасности особенно важно в сельской местности, потому что там вероятность поражения электрическим током выше, а последствия электротравмы более тяжелые, чем в городской квартире. В условиях приусадебного хозяйства электроприборы применяют на открытом воздухе, где изоляция под влиянием внешних воздействий подвергается более интенсивному износу. Прикосновение к частям, находящимся под напряжением, приводит к особо тяжким последствиям, если человек в контакте с землей.

Безответственное, небрежное обращение с электроустановками может привести к поражению электрическим током, ожогу брызгами расплавленного металла или к пожару от перегрева проводов, а несоблюдение правил пользования электроинструментом — еще и к травме.

Электроприборы следует применять в соответствии с приложенной к ним инструкцией. Запрещается ремонтировать приборы без отключения их от сети; питающие провода сначала подключают к прибору, а затем к сети. Нарушать эти правила опасно.

Электротравмы возникают в результате воздействия на организм человека электрического тока большой силы. Поражение током может произойти как при непосредственном контакте с источником тока (прямое поражение), так и при возникновении дугового контакта, когда человек находиться вблизи от электроустановки, имеющей напряжение 1000 вольт и выше, особенно в помещениях с повышенной влажностью воздуха.

Электрический ток вызывает общие и местные нарушения в организме: потерю сознания, судороги, остановку сердца и дыхания, ожоги.

Следует помнить, что из-за воздействия тока у пострадавшего происходит спазм голосовых связок, и поэтому он не может крикнуть и позвать на помощь. Если воздействие тока не прекратить, то через несколько минут, в результате возникшей гипоксии, у пострадавшего может остановиться сердце.

Состояние пострадавшего в момент электротравмы может быть настолько тяжелым, что внешне он может мало, чем отличаться от умершего: широкие, не реагирующие на свет зрачки, бледная кожа, отсутствие дыхания и пульса. Это состояние получило название “мнимая смерть”.

При оказании первой помощи первое, что необходимо сделать это прекратить воздействие электрического тока на организм: выключить рубильник, перерубить провод топором с деревянной ручкой или отбросить провод сухой палкой (предметом, не проводящим ток).

При всем этом, самое главное принять меры самозащиты, чтобы не получить смертельное поражение током. Под ноги себе необходимо положить изолирующий материал, а при наличии резиновых перчаток и калош – обязательно ими воспользоваться. Прикосновение к пострадавшему незащищенными руками при не отключенном электрическом токе недопустимо.

После отключения пострадавшего от тока, необходимо немедленно приступить к его оживлению. Для этого применяется метод искусственного дыхания “изо рта в рот” или “изо рта в нос”, сочетая его с закрытым массажем сердца, до полного восстановления функции дыхания и работы сердца. Сам процесс оживления может занять несколько часов, как правило, не менее двух. Затем пострадавшего следует отвезти в ближайшее лечебное учреждение.

Также по возможности необходимо тщательно осмотреть тело пострадавшего. Все местные повреждения следует обработать и закрыть повязкой, как при ожогах.

Транспортировать пострадавшего необходимо в лежачем положении, при этом внимательно следя за его состоянием, так как при транспортировке у него возможна повторная остановка дыхания и сердца.

1.6 Выводы

Генератор частот Г3-33 не годен для работы т.к., погрешность измерения прибора превышает допустимую.

2 Практическая  часть

2.1 Разработка  схемы поверки прибора.

В России поверочная деятельность в отношении попадающих под Государственный Метрологический Надзор средств измерения регламентирована Законом Правительства Российской Федерации от 26 июня 2008 года N 102-ФЗ «Об обеспечении единства измерений» и многими другими подзаконными актами. Этими документами поверка определяется как «совокупность операций, выполняемых в целях подтверждения соответствия средств измерений метрологическим требованиям» и далее «Правительством Российской Федерации устанавливается перечень средств измерений, поверка которых осуществляется только аккредитованными в установленном порядке в области обеспечения единства измерений государственными региональными центрами метрологии».

Ответственность за ненадлежащее выполнение поверочных работ и несоблюдение требований соответствующих нормативных документов несет соответствующий орган Государственной метрологической службы или юридическое лицо, метрологической службой которого выполнены поверочные работы.

Положительные результаты поверки средств измерений удостоверяются поверительным клеймом или свидетельством о поверке.

Виды поверки:

• Первичная поверка — поверка, выполняемая до ввода в эксплуатацию средства измерений или после ремонта, а также при ввозе средства измерений из-за границы, при продаже.
• Периодическая поверка — поверка средств измерений, находящихся в эксплуатации или на хранении, выполняемая через установленные межповерочные интервалы времени.
• Внеочередная поверка — Поверка средства измерений, проводимая до наступления срока его очередной периодической поверки.
• Инспекционная поверка — поверка, проводимая органом государственной метрологической службы при проведении государственного надзора за состоянием и применением средств измерений.
• Экспертная поверка — проводится при возникновении разногласий по вопросам, относящимся к метрологическим характеристикам, исправности средств измерений и пригодности их к применению.

В данной работе используется переодическая проверка.

В качестве образцового средства измерения я использовал частотомер Ч4-57, так как он в 5-3 раза точнее поверяемого прибора, что отвечает требованиям которые заявлены при выборе образцового средства измерения.

Соединение приборов при поверке генератора Г3-33 по расстройке частоты показан на рисунке 3.

Рис 3.

2.2 Источники и  составляющие погрешностей.

Погрешность результата измерения имеет много составляющих, каждая из которых обусловлена различными факторами и источниками. Типичный подход к анализу и оцениванию погрешностей состоит в выделении этих составляющих, их изучении по отдельности и суммировании по принятым правилам. Определив количественные параметры всех составляющих погрешности и зная способы их суммирования, можно правильно оценить погрешность результата измерений и при возможности скорректировать его с помощью введения поправок. 
Ниже приводятся некоторые источники появления погрешностей измерений: 
• неполное соответствие объекта измерений принятой его модели; 
• неполное знание измеряемой величины; 
• неполное знание влияния условий окружающей среды на измерение; 
• несовершенное измерение параметров окружающей среды; 
• конечная разрешающая способность прибора или порог его чувствительности; 
• неточность передачи значения единицы величины от эталонов к рабочим средствам измерений; 
• неточные знания констант и других параметров, используемых в алгоритме обработки результатов измерения; 
• аппроксимации и предположения, реализуемые в методе измерений; 
• субъективная погрешность оператора при проведении измерений; 
• изменения в повторных наблюдениях измеряемой величины при очевидно одинаковых условиях и другие. 
Группируя перечисленные выше и другие причины появления погрешностей измерений, их можно разделить на погрешности метода измерений, средств измерений (инструмента) и оператора, проводящего измерения. Несовершенство каждого этого компонента измерения вносит вклад в погрешность измерения. Поэтому в общем виде погрешность можно выразить следующей формулой: где DМ – методическая погрешность (погрешность метода); DИ - инструментальная погрешность (погрешность средств измерений); DЛ - личная (субъективная) погрешность. 
Основные причины возникновения инструментальной погрешности приведены в разделе о средствах измерений. 
Методическая погрешность возникает из-за недостатков используемого метода измерений. Чаще всего это является следствием различных допущений при использовании эмпирических зависимостей между измеряемыми величинами или конструктивных упрощений в приборах, используемых в данном методе измерений. 
Субъективная погрешность связана с такими индивидуальными особенностями операторов, как внимательность, сосредоточенность, быстрота реакции, степень профессиональной подготовленности. Такие погрешности чаще встречаются при большой доле ручного труда при проведении измерений и почти отсутствуют при использовании автоматизированных средств измерений.

Настоящий стандарт распространяется на низкочастотные измерительные генераторы немодулированных синусоидальных сигналов по ГОСТ 10501-74 и генераторы с аналогичными параметрами, выпущенные до введения ГОСТ 10501-74, и устанавливает методы и средства их первичной и периодической поверок. 
      

2.2.1. ОПЕРАЦИИ И СРЕДСТВА ПОВЕРКИ

 
Примечание. Поверку проводят в случае, если соответствующие параметры указаны в нормативно-технической документации на генератор конкретного типа.

Погрешность средств измерений не должна превышать предела допускаемой погрешности проверяемого параметра генератора. 
Допускается применять для поверки другие средства измерений, удовлетворяющие по точности требованиям настоящего стандарта.

Условия поверки.

Внешний осмотр:

       При внешнем осмотре генераторов должно быть установлено:  
комплектность (кроме ЗИП) в соответствии с требованиями нормативно-технической документации на прибор, а также наличие паспорта;       
отсутствие механических повреждений и следов коррозии. 
Опробование:

Генераторы считают выдержавшими опробование, если обеспечиваются:      
     установка на нуль при помощи механических корректоров указателей всех электроизмерительных приборов, входящих в состав генератора;      
     электрическая установка на нуль указателей всех приборов, входящих в состав генератора;      
     свободное перемещение и фиксация в любом положении ручек настройки и управления приборов; 
     четкая (без заеданий) фиксация всех переключателей во всех  позициях при совпадении указателя позиции переключателей с соответствующими надписями на панели прибора; 
     генерация сигналов без провалов во всем диапазоне частот; 
     возможность установки максимального напряжения по всему диапазону частот генератора; 
     возможность установки нулевых биений у гетеродинных генераторов.

Определение погрешности установки частоты по шкале частот:

Погрешность определяют измерением частоты электронно-счетным частотомером не менее чем в пяти числовых отметках каждого поддиапазона и не реже чем через четыре числовые отметки шкалы частот. Числовые отметки, соответствующие началу и концу каждого поддиапазона, должны входить в число проверяемых. Измерения проводят дважды: при подходе к проверяемой отметке со стороны больших и меньших значений. 
     Погрешность определяют при номинальной нагрузке и максимальном выходном напряжении. 
     Для генераторов с диапазонно-кварцевой стабилизацией частоты основную погрешность определяют сравнением с образцовой частотой на одной из частот диапазона. 
     Отклонение частоты поверяемого генератора от образцовой, воспроизводимой стандартом частоты, определяют частотным компаратором.

Абсолютную погрешность установки частоты генератора в герцах по показаниям электронно-счетного частотомера определяют по формуле

, 
где - номинальное значение частоты, установленное по шкале частот, Гц; 
      - действительное значение частоты, Гц. 
     При сравнении частот поверяемого генератора и образцового прибора посредством компаратора абсолютную погрешность установки частоты генератора получают непосредственно. 
     Относительную погрешность установки частоты в процентах определяют по формуле

. 
     За погрешность установки частоты принимают максимальное значение погрешности, которое не должно превышать предельно допускаемого значения, указанного в нормативно-технической документации на прибор конкретного типа.

Определение погрешности установки частоты по шкале интерполяции.

Погрешность определяют на любой частоте диапазона генератора измерением частоты электронно-счетным частотомером на всех числовых отметках шкалы интерполяции.

Погрешность установки частоты генератора по шкале интерполяции, проградуированной в герцах, определяют измерением частоты при положении "0" ручки шкалы интерполяции и измерением частоты в проверяемой отметке шкалы интерполяции ( - любая удобная для поверки частота в пределах диапазона поверяемого генератора). 
     Абсолютную погрешность установки частоты по шкале интерполяции в герцах определяют по формуле

, 
где - номинальное значение изменения частоты по шкале интерполяции в проверяемой отметке, Гц. 
     Относительную погрешность установки частоты по шкале интерполяции в процентах определяют по формуле

.

Погрешность установки частоты генератора по шкале интерполяции, проградуированной в процентах, определяют в соответствии с п.3.4.2 по формулам: 
     абсолютную погрешность

; 
     относительную погрешность

, 
где - номинальное значение изменения частоты по шкале интерполяции в проверяемой отметке, %.

Полученная погрешность не должна превышать предельно допускаемого значения, указанного в нормативно-технической документации на прибор конкретного типа.

Определение нестабильности частоты

Нестабильность частоты генератора определяют на частотах, указанных в нормативно-технической документации на прибор конкретного типа, измерением при помощи электронно-счетного частотомера или измерением отклонения частоты генератора от образцовой, воспроизводимой стандартом частоты, при помощи частотного компаратора. 
     Измерения проводят при включенной номинальной нагрузке через каждые 1-3 мин в течение 15 мин (при определении нестабильности за 15 мин) и через каждые 30 мин в течение 3 ч (при определении нестабильности за 3 ч).

Нестабильность частоты в герцах определяют по формуле

, 
где - максимальное значение частоты, измеренное в течение 15 мин или 3 ч; 
      - минимальное значение частоты, измеренное в течение 15 мин или 3 ч. 
      Относительную нестабильность частоты в процентах определяют по формуле

, 
где - номинальное значение частоты, Гц. 
     Нестабильность частоты не должна превышать предельно допускаемого значения, указанного в нормативно-технической документации на генератор конкретного типа.

Определение погрешности установки выходного напряжения

Погрешность генератора определяют при помощи образцового вольтметра или термоэлектрического компаратора.

Погрешность установки выходного напряжения генераторов, имеющих в качестве индикатора вольтметр со шкалой, определяют не менее чем в трех отметках шкалы на каждом поддиапазоне вольтметра на опорной частоте генератора и в одной отметке шкалы, соответствующей номинальному выходному напряжению, не менее чем на пяти других частотах диапазона, указанных в нормативно-технической документации на прибор конкретного типа, в том числе на частотах, соответствующих началу и концу диапазона.

Погрешность установки выходного напряжения у генераторов, имеющих в качестве индикатора выходного напряжения вольтметр с отметкой номинального значения, определяют при установке напряжения на это значение, которое указывают в нормативно-технической документации для генератора конкретного типа на опорной частоте и на крайних частотах диапазона.

Погрешность установки выходного напряжения у генераторов, имеющих отградуированный регулятор выходного напряжения, определяют на опорной частоте и на крайних частотах диапазона для всех числовых отметок регулятора.

Погрешность установки выходного напряжения генератора определяют при номинальной нагрузке.

Если в нормативно-технической документации на генератор не указано значение опорной частоты, то его выбирают из ряда 60, 400, 1000, 10000, 100000, 200000 Гц.

Погрешность установки выходного напряжения определяют дважды: при подходе к проверяемой отметке со стороны больших и меньших значений. 
     Абсолютную погрешность установки выходного напряжения в вольтах вычисляют по формуле

, 
где - номинальное значение выходного напряжения по шкале индикатора или регулятора выходного напряжения, В; 
      - действительное значение выходного напряжения, В. 
     За погрешность установки выходного напряжения принимают максимальное значение погрешности, которое не должно превышать предельно допускаемого значения, указанного в нормативно-технической документации на прибор конкретного типа. 
     Относительную погрешность установки выходного напряжения в процентах вычисляют по формуле