Практичне заняття №7
Тема роботи: Вимірювання
електричних величин.
Мета роботи: Навчитись
визначати значення електричних величин за показами електромеханічних
вимірювальних приладів та знаходити межі дійсних значень вимірювальної
величини.
Теоретичні відомості
Задача 1. Вимірювання опору непрямим методом
Для вимірювання опору
непрямим методом використовувалися два
прилади: амперметр і вольтметр магнітоелектричної системи. Вимір опору
проводився при температурі t°,C приладами групи А, Б чи В. Дані приладів, їх покази, а
також група приладів і температура навколишнього повітря, при якій проводилось
вимірювання опору, наведені в таблиці 1, 2 та 3 за варіантами. Визначити:
1)
величину опору RX / за показами приладів і накреслити схему;
2)
величину опору RX з
урахуванням схеми вмикання приладів;
3)
найбільші можливі
похибки результату виміру цього
опору (відносну γ
і абсолютну ΔR);
4)
в яких межах знаходяться дійсні
значення вимірюваного опору.
Щоб правильно вибрати схему вимірювання, спочатку необхідно визначити
співвідношення і
і по найбільшому з них прийняти і накреслити схему вмикання
приладів.
Коли , то необхідно вибирати схему рис .1.
Коли , то необхідно вибирати схему рис .1.
Величина
опору RX визначається з урахуванням
внутрішнього опору приладів RA і Rv в залежності від прийнятої схеми. Приступаючи
до рішення п. 3
необхідно мати на
увазі, що похибки електровимірювальних приладів
поділяються на дві категорії:
а) основна
похибка, що залежить тільки від внутрішніх властивостей і стану самого приладу;
б) додаткові похибки, обумовлені впливом зовнішніх
факторів і відхиленням умов експлуатації приладу від нормальних.
Похибка виміру γ буде являти собою суму основної похибки γg (класу точності
приладу) і додаткової похибки γt, викликаної відхиленням температури навколишнього
повітря від нормальної (приймається звичайно tн= 20°C).
а)
б)
Рисунок 1. Схема вмикання приладів для вимірювання
опору непрямим методом
Абсолютна похибка визначається:
.
Дійсне значення Rx знаходиться в межах Rx±ΔRx.
Таблиця 1
Параметри навколиш-нього середовища |
Групи приладів |
||
А |
А |
А |
|
Температура, о С |
від + 10 до +35 |
від
– 30 до
+ 40 |
від – 50 до + 60 |
Таблиця 2
Характеристика
вимірювальних приладів
Клас точності приладів |
Допустима зміна показів
приладів груп, % |
||
А |
А |
А |
|
0,05 |
± 0,05 |
— |
— |
0,1 |
± 0,1 |
— |
— |
0,2 |
± 0,2 |
± 0,15 |
± 0,15 |
0,5 |
± 0,5 |
± 0,4 |
± 0,3 |
1,0 |
± 1,0 |
± 0,8 |
± 0,5 |
1,5 |
± 1,5 |
± 1,2 |
± 0,8 |
2,5 |
± 2,5 |
± 2,0 |
± 1,2 |
4,0 |
± 4,0 |
± 3,0 |
± 2,0 |
Таблиця 3
Числові дані до завдання 1
Задача 2. Вимірювання струму і напруги в колах постійного
струму
Вимірювальний механізм (ВМ) магнітоелектричної системи розрахований на
струм Iн і напругу Uн , і має шкалу на αн
поділок (табл. 4).
1. Скласти схему вмикання вимірювального механізму із шунтом Rш.
2.
Визначити сталу вимірювального
механізму по струму CI, величину опору шунта
Rш і сталу амперметра CI /, якщо цим приладом потрібно
вимірювати струм Iв.
3.
Визначити потужність, що споживається амперметром при
номінальному значенні струму Iн.
4.
Скласти схему вмикання вимірювального механізму з
додатковим опором і провести виведення формули для визначення Rд.
5. Визначити сталу вимірювального механізму по напрузі CU, величину додаткового опору Rд і сталу вольтметра CU /, якщо цим приладом потрібно вимірювати напругу Uв.
6. Визначити
потужність, споживану вольтметром
при номінальному значенні
напруги Uн.
Принцип дії вимірювального механізму
магнітоелектричної системи заснований на взаємодії магнітного поля постійного
магніту і рухомої котушки (рамки) по якій протікає струм. У
результаті цієї взаємодії створюється обертовий момент, що впливає на рухому
частину механізму. Кут повороту рухомої частини вимірювального механізму магнітоелектричної
системи пропорційний вимірюваному струму, тому вимірюваний струм може бути
визначений по куту повороту рухомої частини вимірювального механізму:
α = S1·I, а I = CI·α,
де α
– кут повороту рухомої частини; S1
– коефіцієнт пропорційності (чутливість по струму); СІ – постійна по струму.
За кутом повороту рухомої частини можна визначити
також напругу на затискачах вимірювального механізму:
U = I·R = CI·α·R = CU·α,
де CU
– постійна по напрузі.
Безпосередньо
вимірювальним механізмом магнітоелектричної системи можна виміряти струми до 30
мА, а напруги в декілька десятків мілівольт. Для того, щоб
розширити межі вимірювання по струму, застосовують шунти (рис.1, а). Шунтом є провідник малого опору, що
включається послідовно в коло вимірюваного струму за допомогою струмових
затискачів “А” і “Б”. Паралельно шунту за допомогою потенційних затискачів “а”
і “б” приєднується вимірювальний механізм. Вимірюваний струм I, дійшовши до точки “а”,
розгалужується на дві частини: Iш – струм, що
проходить через шунт, і Iв – струм, що
проходить через вимірювальний механізм. Вимірювальний
шунт характеризується номінальним значенням вхідного струму Iном і номінальним значенням вихідної напруги Uном. Їх відношення визначає номінальний опір шунта: Rш = Uном/Iном. Шунти застосовуються для розширення меж вимірювання вимірювальних
механізмів по струму, при цьому більшу частину вимірюваного струму пропускають
через шунт, а меншу - через вимірювальний механізм. Шунти мають невеликий опір
і застосовуються, головним чином, у колах постійного струму з
магнітоелектричними вимірювальними механізмами.
Рис. 2.
Схема з'єднання вимірювального механізму з шунтом
На рис. 2 наведено схему
включення магнітоелектричного механізму вимірювального приладу з шунтом Rш. Струм Ів протікає через вимірювальний
механізм, пов'язаний з вимірюваним струмом I залежністю:
Iв = I (Rш / Rш + Rв),
де Rв – опір вимірювального механізму. Якщо необхідно, щоб струм
Iв був в n разів менше струму I, то опір шунта повинно
бути:
Rш = Rв / (n - 1),
де n = I / Iв – коефіцієнт шунтування.
Чим менший опір шунта, тим більший струм проходить
через нього і тим менший через вимірювальний механізм:
Iш / Iв = Rв / Rш,
де Rш –
опір шунта; Rв – опір вимірювального
механізму.
Звідси Iш = Iв · Rв / Rш, а вимірюваний струм:
I = Iв + Iш = Iв + Iв · Rв / Rш = Iв · (1 + Rв / Rш
).
Відношення вимірюваного струму до струму у
вимірювальному механізмі називається коефіцієнтом розширення меж вимірювання
амперметра n:
n = I / Iв.
Знаючи цей коефіцієнт і опір вимірювального
механізму, можна визначити опір шунта, необхідного для отримання заданої межі
вимірювання:
Rш = Rв / (n – 1).
Для розширення меж вимірювання по
напрузі застосовуються додаткові резистори.
Додаткові резистори включаються послідовно з вимірювальним механізмом (
Рис. 3. Схема з'єднання
вимірювального механізму з додатковим опором
При цьому падіння напруги розподіляється між
вимірювальним механізмом і додатковим резистором пропорційно величинам їх
опорів:
Uв / Uд =
Rв/Rд.
Відношення величини напруги, до якої необхідно
розширити межі вимірювання, до спаду напруги на опорі вимірювального механізму
називається коефіцієнтом розширення меж вимірювання вольтметра m:
m = U/Uв.
Якщо межу вимірювання по напрузі необхідно
розширити в m раз, то:
U = Uв · m = Uв + Uд = I · (Rв + Rд).
звідки величина додаткового опору рівна:
Rд = Rв ·
(m - 1).
У колах змінного струму для розширення меж
вимірювання приладів по напрузі застосовуються вимірювальні трансформатори напруги (ВТН).
Таблиця
4
Вихідні дані до завдання
2
Примітка: стала амперметра , стала вольтметра
.
Контрольні запитання
1)
Як забезпечується розширення межі виміру в N разів у амперметрів?
2)
Як забезпечується розширення межі виміру в N разів у вольтметрів?
3)
Як розраховуються шунти і додаткові опори?
4)
Як включається в коло шунт та додатковий резистор?
5)
Для чого використовуються шунти та додаткові резистори?
6)
Як вмивається в коло амперметр?
7)
Як вмикається в електричне коло вольтметр?
8) Що являє собою непрямий метод вимірювання електричного опору?