Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola elektrotechnická Božetěchova 3, Olomouc Laboratoře elektrotechnických měření Název úlohy Číslo úlohy MĚŘENÍ NA VEDENÍ 102-4R-T,S Zadání 1. Sestavte měřící trasu, která se skládá z následujících částí: generátor VF napětí, měřeného dvouvodičového vedení (Lecherovo vedení) a VF sondy pro měření elektrické intenzity v prostoru vedení. 2. Vypočítejte charakteristickou impedanci měrného vedení na základě jeho geometrických rozměrů. 3. Změřte frekvenci VF generátoru. K měření použijte čítače, který volně navažte na VF generátor zatížený rezistorem R z =68Ω. 4. Změřte velikost napětí podél vedení (VF sondou s vhodným ss V-metrem) v závislosti na vzdálenosti od konce vedení. Vedení postupně nastavujeme do následujících pracovních režimu: a) Naprázdno b) Nakrátko c) R zv Z 0 d) R zv Z 0 5. Graficky znázorněte závislost napětí podél vedení na vzdálenosti od konce vedení pro případy a) d) z předchozího bodu zadání. Na grafech vyznačte vzdálenost λ/2 mezi po sobě následujícími minimy a tuto hodnotu využijte k výpočtu frekvence generátoru. Dále vypočtěte činitel zkrácení měřeného vedení. 6. Změřte frekvenční stabilitu VF generátoru (FG 8205) v časovém intervalu 10 minut. Poř. č. Příjmení a jméno Třída Skupina Školní rok 2 BARTEK Tomáš S4 1 20010/11 Datum měření Datum odevzdání Počet listů Klasifikace příprava měření protokol obhajoba 22.9. 29.9. 11 Protokol o měření obsahuje: Teoretický úvod Tabulky naměřených a vypočtených hodnot Schéma Tabulka použitých přístrojů Postup měření Vzor výpočtu Grafy Závěr
Teoretický úvod: Lecherovo vedení: Za lecherovo vedení označujeme každé dvouvodičové vedení se vzduchovou izolací a konstantním průřezem a vzdáleností jednotlivých vodičů. Slouží k demonstraci stojatých elektromagnetických vln na vedení. Používá se k přesnému měření vlnových délek elektromagnetických vln. Elektromagnetické vlnění: Při průchodu střídavého napětí vodičem se kolem něj vytváří elektromagnetické pole. Jeho velikost je závislá na frekvenci, amplitudě a vlastnostech vedení. Má dvě navzájem neoddělitelné složky. Elektrickou charakterizuje vektor intenzity el. pole E a magnetickou vektor mag. indukce B. Při měření na vedení se volí složka elektrické intenzity E, protože většina přístrojů na měření elektromagnetického pole pracuje s elektrickou složkou vlny. Hodnoty elektrické intenzity jsou také řádově mnohem větší než hodnoty magnetické indukce. Během šíření elektromagnetické vlny jsou si ale její elektrická a magnetická složka naprosto ekvivalentní a jejich energie, jsou si přesně rovny. Intenzita elektromagnetického kého záření závisí na mnoha faktorech. Například vzdálenosti od vedení, je také silně ovlivněna směrovými vlastnostmi daného vedení, které může mít v různých směrech ve stejné vzdálenosti od vedení jiné vlastnosti. Obrázek č. 1: Elektromagnetické vlnění Charakteristickou impedanci vedení vypočteme podle vzorce: 276 Ω,, (1) Vlnovou délku šíření ve volném prostředí vypočteme podle vztahu:,, (2) Činitel zkrácení vypočteme podle vztahu:, (3) Stabilitu generátoru vypočteme podle vzorce: [-,Hz] (4) Schéma: Schéma č. 1: Měření frekvence VF generátoru Příjmení a jméno: BARTEK Tomáš Třída: S4 Číslo protokolu: 102-4R-T,S List: 2/11
Schéma č. 2: Měření VF napětí podél vedení, R zv = Schéma č. 3: Měření VF napětí podél vedení, R zv =0 Schéma č. 4: Měření VF napětí podél vedení, R zv =808Ω Příjmení a jméno: BARTEK Tomáš Třída: S4 Číslo protokolu: 102-4R-T,S List: 3/11
Schéma č. 5: Měření VF napětí podél vedení, R zv =170Ω Schéma č. 6: Měření stability VF generátoru Tabulka použitých přístrojů: Tabulka č. 1: Použité přístroje Příjmení a jméno: BARTEK Tomáš Třída: S4 Číslo protokolu: 102-4R-T,S List: 4/11
Označení Evidenční Přístroj Typ v zapojení číslo Poznámka M ss V-metr HC-5050 0374 DCV δ % =±0,5%+5dgt M2 Čítač U2000 0179b - VF GEN PMR Motorola T4502 - P OUT =0,5W, 8CH GEN Generátor HC 8205A - - S VF sonda - - - Postup měření: 1. Sestavení měřící trasy - Měřící trasu sestavíme z VF generátoru, lecherova vedení a VF sondy s V-metrem - Měřící schéma zakreslíme 2. Výpočet charakteristické impedance - Pomocí posuvného měřidla naměříme na několika místech mezeru mezi vodiči Lecherova vedení - Z naměřených hodnot vypočteme aritmetický průměr - Pomocí metru změříme délku Lecherova vedení - Dosadíme do vzorce č. 1 a vypočteme charakteristickou impedanci Z 0 3. Měření VF generátoru - VF generátor nastavíme na kanál č. 8 - VF generátor zatížíme odporem R Z =68Ω - K měření použijeme čítač, ke kterému připojíme anténu a navážeme volně k VF generátoru podle schématu č. 1 - Změřenou hodnotu zapíšeme a porovnáme s údaji ČTÚ 4. Měření podél vedení - Sestavíme měřící obvod podle schématu č. 2 - Vypočteme λ 0 vedení podle vztahu č. 2 - Konec Lecherova vedení necháme rozpojen - Pomocí VF sondy hledáme podél vedení maxima a minima napětí, mezi nimiž naměříme 3 hodnoty - Vše zapíšeme do tabulky - Postup opakujeme se schématy č. 3,4 a 5 5. Grafické znázornění závislosti napětí podél vedení - Hodnoty změření v bodu č. 5 zaneseme postupně do grafů - V grafech zaznačíme λ/2 v minimech a pomocí této informace vypočteme frekvenci - Vypočteme činitel zkráceni podle vzorce č. 3 6. Měření stability VF generátoru - Obvod zapojíme podle schématu č. 6 - Provedeme 10 měření po minutě - Vypočteme frekvenční stabilitu z naměřených hodnot Tabulky naměřených a vypočtených hodnot: Příjmení a jméno: BARTEK Tomáš Třída: S4 Číslo protokolu: 102-4R-T,S List: 5/11
Tabulka č. 2: Měření podél Lecherova vedení; R Z = Tabulka č. 3: Měření podél Lecherova vedení; R Z =0 d [cm] U 1 [V] δ %U1 0 0,8 +1,13-0,5 4 0,89 +1,06-0,5 8 0,6 +1,33-0,5 14 0,21 +2,88-0,5 17 0,14 +4,07-0,5 21 0,27 +2,35-0,5 24 0,41 +1,72-0,5 26,5 0,5 +1,50-0,5 29 0,74 +1,18-0,5 32 0,56 +1,39-0,5 39 0,45 +1,61-0,5 45 0,26 +2,42-0,5 49 0,16 +3,63-0,5 53 0,32 +2,06-0,5 58 0,58 +1,36-0,5 63 0,69 +1,22-0,5 66 0,7 +1,21-0,5 70 0,6 +1,33-0,5 75 0,43 +1,66-0,5 78 0,25 +2,50-0,5 80,5 0,29 +2,22-0,5 84 0,27 +2,35-0,5 87 0,3 +2,17-0,5 92 0,6 +1,33-0,5 95 0,68 +1,24-0,5 d [cm] U 2 [V] δ %U2 0 0,3 +2,17-0,5 4 0,56 +1,39-0,5 8 0,9 +1,06-0,5 12 1,01 +1,00-0,5 14,5 1,02 +0,99-0,5 19 0,73 +1,18-0,5 23 0,44 +1,64-0,5 26,5 0,21 +2,88-0,5 30 0,17 +3,44-0,5 34 0,17 +3,44-0,5 40 0,6 +1,33-0,5 45 0,87 +1,07-0,5 49 0,87 +1,07-0,5 53 0,63 +1,29-0,5 58 0,31 +2,11-0,5 61 0,1 +5,50-0,5 64 0,18 +3,28-0,5 67 0,3 +2,17-0,5 71 0,68 +1,24-0,5 76 1,0 +1,00-0,5 80 1,11 +0,95-0,5 83 0,67 +1,25-0,5 88 0,43 +1,66-0,5 92 0,18 +3,28-0,5 95 0,63 +1,29-0,5 Příjmení a jméno: BARTEK Tomáš Třída: S4 Číslo protokolu: 102-4R-T,S List: 6/11
Tabulka č. 4: Měření podél Lecherova vedení; R Z Z 0 Tabulka č. 5: Měření podél Lecherova vedení; R Z Z 0 R Z =808Ω R Z =170Ω d [cm] U 3 [V] δ %U3 0 0,45 +1,61-0,5 2 0,52 +1,46-0,5 3,5 0,4 +1,75-0,5 5 0,4 +1,75-0,5 6,5 0,28 +2,29-0,5 10 0,29 +2,22-0,5 15 0,32 +2,06-0,5 21 0,49 +1,52-0,5 27 0,56 +1,39-0,5 30 0,5 +1,50-0,5 36 0,35 +1,93-0,5 41 0,21 +2,88-0,5 45 0,13 +4,35-0,5 50 0,12 +4,67-0,5 55 0,15 +3,83-0,5 58 0,19 +3,13-0,5 62,5 0,32 +2,06-0,5 65 0,4 +1,75-0,5 69 0,31 +2,11-0,5 75 0,17 +3,44-0,5 79 0,09 +6,06-0,5 83 0,14 +4,07-0,5 87 0,25 +2,50-0,5 90 0,27 +2,35-0,5 95 0,3 +2,17-0,5 d [cm] U 4 [V] δ %U4 0 0,56 +1,39-0,5 3 0,51 +1,48-0,5 7 0,61 +1,32-0,5 10 0,64 +1,28-0,5 12 0,68 +1,24-0,5 20 0,5 +1,50-0,5 27 0,4 +1,75-0,5 31 0,2 +3,00-0,5 35 0,17 +3,44-0,5 39 0,4 +1,75-0,5 45 0,6 +1,33-0,5 48 0,61 +1,32-0,5 51 0,67 +1,25-0,5 54 0,53 +1,44-0,5 58 0,37 +1,85-0,5 62 0,27 +2,35-0,5 65 0,23 +2,67-0,5 68 0,33 +2,02-0,5 71 0,35 +1,93-0,5 76 0,41 +1,72-0,5 80 0,43 +1,66-0,5 84 0,48 +1,54-0,5 89 0,37 +1,85-0,5 92 0,28 +2,29-0,5 95 0,2 +3,00-0,5 Tabulka č. 6: Měření stability VF generátoru t [min] f [Mhz] 0 1,89472 1 1,89493 2 1,89512 3 1,89538 4 1,89554 5 1,89523 6 1,89499 7 1,89513 8 1,89532 9 1,89546 10 1,89569 Příjmení a jméno: BARTEK Tomáš Třída: S4 Číslo protokolu: 102-4R-T,S List: 7/11
Tabulka č. 7: Hodnoty pro výpočet stability VF generátoru f min 1,89472 f max 1,89569 f s 1,89523 Tabulka č. 8: Měření geometrických vlastností Lecherova vedení d [mm] δ % 27,7 ±1,805 27,5 ±1,818 27,5 ±1,818 26,9 ±1,859 27,3 ±1,832 Tabulka č. 9: Měření frekvence VF generátoru f [MHz] 446,0937 Tabulka č. 10: Střední hodnota geometrické vlastnosti vedení d pro výpočet Z 0 d [mm] 27,4 Vzor výpočtu: Podle vztahu č. 1 vypočteme charakteristickou impedanci 276 =276,, =352,29Ω Podle vzorce č. 2 dostaneme vlnovou dílku ve volném prostředí = =, =0,672 Podle vzorce č. 3 vypočteme činitel zkrácení = = =0,95 Podle vztahu č. 4 vypočteme stabilitu generátoru = Chybu měření najdeme a vypočteme podle vztahu = 1,89569 1,89472 1,89523 =0,0005118 % =±0,5+5 =±0,5+, 100=+1,125 0,5%, Příjmení a jméno: BARTEK Tomáš Třída: S4 Číslo protokolu: 102-4R-T,S List: 8/11
Grafy: Graf č. 1: Závislost napětí podél vedení při R zv = Graf č. 2: Závislost napětí podél vedení při R zv =0 Příjmení a jméno: BARTEK Tomáš Třída: S4 Číslo protokolu: 102-4R-T,S List: 9/11
Graf č. 3: Závislost napětí podél vedení při R zv =808Ω Graf č. 1: Závislost napětí podél vedení při R zv =170Ω Příjmení a jméno: BARTEK Tomáš Třída: S4 Číslo protokolu: 102-4R-T,S List: 10/11
Závěr: a) Chyby měřících přístrojů Maximální chyba měření ss v-metrem byla +6,06-0,5 % Maximální chyba měření posuvným měřítkem byla ±1,85% b) Zhodnocení - Měřící trasu jsme sestavili bez větších problémů. - Charakteristická impedance vyplývající z geometrických vlastností byla 352,29Ω. Pro co největší přesnost jsme provedli několik měření a počítali s průměrnými hodnotami. - Frekvence VF generátoru byla 446,0937MHz, ČTÚ udává frekvenci 8. kanálu 446,09375 což odpovídá měřenému PMR objektu. - Změřené napětí podél Lecherova vedení bylo největší při R Z =0 a dosáhlo max. výchylky 1,11V, naopak nejmenší bylo při R Z =808Ω kde dosáhlo max. výchylky 0,56V. - Ze zakreslených grafů jsme určili λ/2 a použili pro výpočet činitele zkrácení, který vyšel 0,95. - Frekvenční stabilita VF generátoru na frekvenci 1,9MHz byla 5,1 10. Větší stability bychom dosáhli delším během a teplotní stabilizace generátoru. Příjmení a jméno: BARTEK Tomáš Třída: S4 Číslo protokolu: 102-4R-T,S List: 11/11