1107

Методы и приборы контроля качества и диагностики состояния объектов

Книга

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Поверка аналоговых электроизмерительных средств. Расширение пределов измерения аналоговых электроизмерительных приборов. Измерение активных и реактивных сопротивлений косвенным методом. Измерение напряжений и токов при помощи электронного осциллографа.

Русский

2013-01-06

620 KB

80 чел.

Министерство образования Республики Беларусь

Министерство образования и науки Российской Федерации

ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

БЕЛОРУССКО-РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Физические методы контроля»

КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА

Методические указания к практическим занятиям для студентов

специальности 1-54 01 02 «Методы и приборы контроля качества и диагностики состояния объектов»

Могилев 2011


УДК 51.001.57

ББК 22.1

М

Рекомендовано к опубликованию

комиссией методического совета

Белорусско-Российского университета

Одобрено кафедрой «Физические методы контроля» протокол № __ от
«___» ___________ 2011 г.

Составители: доцент Поздняков В.Ф., ст. преподаватель Кушнер А.В.

В методических указаниях кратко изложены теоретические сведения, необходимые для выполнения практических работ. Приведены примеры выполнения и требования к оформлению. Методические указания составлены в соответствии с рабочей программой по дисциплине «Контрольно-измерительная техника».

Учебное издание

КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА

Технический редактор        А.А. Подошевко

Компьютерная верстка        Н.П. Полевничая

Рецензент        Г.С. Леневский

Ответственный за выпуск    С.С. Сергеев

Подписано в печать     . Формат 60х84  1/16.  Бумага офсетная.  Печать трафаретна.

Усл. печ. л.      . Уч.-изд.л.        . Тираж     экз. Заказ  №

Издатель и полиграфическое исполнение:

Государственное учреждение высшего профессионального образования

«Белорусско-Российский университет»

Лицензия ЛВ № 02330/375 от 29.06.2004 г.

212005, г. Могилев, пр. Мира, 43

©  ГУВПО «Белорусско-Российский

университет», 2011


Содержание

1 Поверка аналоговых электроизмерительных средств 4

2 Расширение пределов измерения аналоговых электроизмерительных приборов 13

3 Измерение активных и реактивных сопротивлений косвенным методом  19

4 Измерение напряжений и токов при помощи электронного осциллографа  27

Список использованных источников 31


1 Поверка аналоговых электроизмерительных средств

1.1 Цель работы.

1.1.1 Изучить схему поверки амперметра.

1.1.2 Определить класс точности поверяемого амперметра.

1.1.3 Изучить методы поверки измерительных средств.

1.1.4 Изучить схему поверки вольтметра.

1.1.5 Определить класс точности поверяемого вольтметра.

1.1.6 Изучить методы поверки измерительных средств.

1.1.7 Изучить схему поверки ваттметра.

1.1.8 Определить класс точности поверяемого ваттметра.

1.1.9 Изучить методы поверки измерительных приборов.

1.2 Основные теоретические положения

1.2.1 Магнитоэлектрический амперметр

Для оценки параметров отдельных физических величин используются контрольно-измерительные средства. Качество измерительных средств характеризуется совокупностью показателей, определяющих его работоспособность, точность, надежность и эффективность применения.

Для обеспечения гарантированной точности измерений проводится периодическая поверка измерительной аппаратуры.

Поверка измерительного средства – это определение соответствия действительных характеристик измерительного средства техническим условиям или государственным стандартам. При осуществлении поверки применяются измерительные средства поверки – специально предусмотренные средства повышенной точности по сравнению с поверяемыми измерительными средствами. Методы поверки – совокупность поверочных измерительных средств, приспособлений и способ их применения для установления действительных метрологических показателей поверяемых измерительных средств.

В практике поверки измерительных приборов нашли применение два способа:

- сопоставление показаний поверяемого и образцового приборов;

- сравнение показаний поверяемого прибора с мерой данной величины.

При поверке первым способом в качестве образцовых приборов выбираются приборы с лучшими метрологическими качествами.

Для поверки приборов постоянного тока в качестве образцовых  принимаются магнитоэлектрические приборы, а для поверки приборов переменного тока - электродинамические. В последнее время используются цифровые приборы.

Верхний предел измерений образцового прибора должен быть таким же, как и поверяемого или не превышать предел измеряемого прибора более чем на 25%. Допустимая погрешность образцового прибора должна быть 3...5 раз ниже погрешности поверяемого прибора.

Погрешность выражают в виде абсолютных величин и в виде относительных. Различают:

а) абсолютную погрешность измерительного прибора:

,

где Хn (показания прибора ИП) и Хd (показания прибора А2) – соответственно показание прибора и действительное значение измеряемой величины;

б) относительную погрешность средства измерения, часто выражаемую в процентах:

,

где Х  абсолютная погрешность.

Для оценки многих средств измерений широко применяется приведенная погрешность, выражаемая в процентах:

,

где ХN – нормирующее значение, т.е. некоторое значение, по отношению к которому рассчитывается погрешность.

Часто в качестве нормирующего значения для приведенной погрешности принимают верхний предел измерения прибора. Для многих средств измерений по приведенной погрешности устанавливают класс точности прибора. Например, прибор класса 0,5 может иметь основную приведенную погрешность, не превышающую 0,5%.

Измерительные приборы могут быть следующих классов точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0.

Многопредельные приборы поверяют на одном, двух основных пределах, а на других в некоторых точках.

В результате поверки устанавливают приведенную погрешность и по ней класс точности прибора.

Амперметры магнитоэлектрической системы применяются для измерений токов в цепях постоянного напряжения. Магнитная цепь прибора состоит из постоянного магнита, полюсных наконечников, неподвижного цилиндра. В воздушном зазоре между поверхностями полюсных наконечников и цилиндра создается радиальное поле, которое в силу малости воздушного зазора можно считать равномерным. Рамка с обмоткой крепится на полуосях и может поворачиваться в зазоре.

В результате взаимодействия магнитного поля и тока обмотки  создается вращающий момент, пропорциональный току:

,

где О – постоянная прибора, зависящая от числа витков и площади обмотки и от индукции в зазоре.

Противодействующий момент:

,

где W – удельный противодействующий момент пружины.

Уравнение шкалы прибора:

,,

где SI - чувствительность прибора.

Магнитоэлектрические приборы работают только на постоянном токе. Они отличаются высокой чувствительностью, высокой точностью, равномерностью шкалы, выполняются в виде амперметров и вольтметров постоянного тока.

1.2.2 Магнитоэлектрический вольтметр

Для поверки вольтметра магнитоэлектрической системы образцовый и поверяемый вольтметры включают параллельно.

Измерительный механизм магнитоэлектрической системы можно включить в какую-либо электрическую цепь двумя различными способами. При схеме (рисунок 1.1.а.) через обмотку механизма, обозначенного буквой А проходит весь ток нагрузки.

а)  б)

Рисунок 1.1 – Схемы подключения вольтметра

Отклонение подвижной части ее от нулевого положения будет зависеть от значения тока I. В этом случае показание прибора является функцией тока нагрузки, что позволяет проградуировать его шкалу в амперах, и он будет служить амперметром.

Если такой прибор дополнить достаточно большим сопротивлением Rд, соединенным последовательно с обмоткой рамки, и включить прибор, обозначенный буквой V (рисунок 1.1.б.), то через него будет проходить ток Iv, определяемый напряжением и суммой сопротивлений:

где Rр - сопротивление обмотки рамки прибора.

В этом случае:

,

а так как

,

где постоянная величина, то можно написать, что

.

Отсюда видно, что при схеме (рисунок 1.1 б) показания прибора становятся функцией напряжения U, т.е. он служит уже не амперметром, а вольтметром.

1.2.3 Электродинамический вольтметр

Измерительный механизм ваттметра электродинамической системы. Внутри неподвижной катушки вращается укрепленная на оси бескаркасная рамка из изолированной проволоки; ток в нее поступает по спиральным пружинкам, так же как в приборах магнитоэлектрической системы. Взаимодействие токов подвижной обмотки и неподвижной создает необходимый вращающий момент. Механизм такого рода снабжается воздушным или магнитоиндукционным успокоителем.

Уравнение шкалы механизма электродинамической системы имеет вид:

.

Взаимная индуктивность М зависит от расположения подвижной катушки относительно неподвижной обмотки, и величина dМ/d является некоторой функцией угла между плоскостями, в которых расположены катушки. Учитывая это, полученное выше уравнение шкалы можно написать в таком виде:

.

Электродинамические приборы используют в качестве амперметров, вольтметров и ваттметров.

Если катушки измерительного механизма электродинамической системы включить в цепь, как показано на рисунке 1.2, то пользуясь обозначениями на рисунке, имеем:

.

Тогда:

где К = const, Р – мощность. Чтобы шкала прибора была равномерной, необходимо иметь:

Это достигается путем выбора размеров и формы катушек и их начального взаимного положения.

При включении ваттметра в цепь переменного тока уравнение шкалы прибора:

,

где – модуль полного сопротивления параллельной цепи ваттметра; – угол сдвига между I2 и U, возникающий вследствие реактивности параллельной цепи и являющийся угловой погрешностью ваттметра.

Для того чтобы было пропорционально мощности переменного тока, стремятся сделать угол возможно малым. Хотя электродинамические ваттметры применимы как на постоянном токе, так и на переменном, градуируются же и поверяются они на, как правило, на постоянном токе.

Цена деления ваттметра определяется по формуле:

,

где Uн, Iн - установленные пределы измерения, соответственно, по напряжению и по току; Ан - полное число делений шкалы.

Для правильного включения ваттметра, один из зажимов параллельной и последовательной цепей отмечается значком (*). Эти зажимы включаются согласованно, как показано на рисунке 1.2, со стороны источника питания и называют генераторными.

Рисунок 1.2 – Схема для поверки ваттметра косвенным методом

Электродинамические ваттметры выпускаются классов 0,2 и 0,5 и применяются в качестве переносных лабораторных приборов, при этом их показания остаются одинаковыми как на постоянном, так и на переменном токе.

В данной работе изучаются различные методы поверки ваттметров электродинамической системы:

1)поверка с помощью косвенного метода;

2)поверка с помощью измерителя угла рассогласования.

1.3 Порядок выполнения работы

1.3.1 Для определения класса точности амперметра соберите схему показанную на рисунке 1.3.

1.3.2 Перед включением стенда установите переключатель ЛАТРа в начальное положение (10В).

1.3.3 Переменный резистор R13 установите на максимальное сопротивление.

1.3.4 Включите стенд тумблером «СЕТЬ», затем тумблер включения ЛАТРа (S7) и  наконец тумблер питания цепей постоянного тока (S6).

мультиметр - контрольный амперметр;ИП - исследуемый прибор.

Рисунок. 1.3 – Схема для определения класса точности амперметра

1.3.5 Изменяйте величину тока плавно с помощью переменного резистора R13.

ИП - поверяемый вольтметр; мультиметр - контрольный вольтметр.

Рисунок 1.4 – Схема для определения класса точности вольтметра

1.3.6 Сделайте необходимое для расчетов количество замеров.

1.3.7 По окончании работы верните все аппараты в исходное состояние.

1.3.8 Вычислить по результатам измерения абсолютную погрешность в нескольких точках шкалы поверяемого амперметра.

1.3.9 Вычислить приведенную погрешность поверяемого амперметра.

1.3.10 Определить класс точности поверяемого амперметра и  сравнить его с классом точности, нанесенного на шкале поверяемого амперметра.

1.3.11 Для определения класса точности вольтметра соберите схему показанную на рисунке 1.4.

1.3.12 Включите стенд, затем тумблер включения питания ЛАТРа Т1 – S7.

В данной работе в качестве поверяемого вольтметра используется миллиамперметр ИП с добавочным сопротивлением R11 (при этом его максимальное отклонение равно 50 В), контрольным является мультиметр, установленный на предел измерения «200V переменное».

1.3.13 Изменяйте переключателем ЛАТРа величину напряжения, (величина контролируется по мультиметру) до получения измеряемого напряжения на приборе ИП. Точная установка величины измеряемого напряжения производится переменным резистором Rд.

1.3.14 Сделайте необходимое для расчетов количество замеров.

Рисунок 1.5 – Схема для поверки ваттметра косвенным методом

1.3.15 По окончании работы верните все аппараты в исходное положение и отключите стенд.

1.3.16 Вычислить по результатам измерения абсолютную погрешность в нескольких точках шкалы поверяемого вольтметра;

1.3.17 Вычислить приведенную погрешность поверяемого вольтметра.

1.3.18 Определить класс точности поверяемого вольтметра и сравните его с классом точности, нанесенного на шкале поверяемого вольтметра.

1.3.19 Для поверки ваттметра косвенным методом по результатам измерения тока и напряжения на активной нагрузке соберите электрическую схему приведенную на рисунке 1.5.

1.3.20 Для расчета величины активной мощности используйте формулу:

,

сравнив с расчетом по формуле:

.

1.4 Список контрольных вопросов

1.4.1 Каким должно быть соотношение классов точности образцового и поверяемого амперметров?

1.4.2 На шкале измерительного прибора имеется обозначение 1,0. Что это значит?

1.4.3 Что понимается под поверкой средств измерений?

1.4.4 Прибор какого класса точности следует выбрать для поверки амперметра класса 1,5; 2,5?

1.4.5 Возможно ли проведение поверки амперметра класса 1,5 с помощью амперметра класса 0,2?

1.4.6 Напишите уравнение шкалы приборов магнитоэлектрической системы.

1.4.7 Что такое класс точности измерительного прибора?

1.4.8 Какие варианты способа сличения показаний поверяемого и образцового приборов Вам известны?

1.4.9 Как проверяют соответствие поверяемого прибора указанному на шкале классу точности?

1.4.10 Возможно ли проведение поверки вольтметра класса 0,5 с помощью вольтметра класса 0,2?

1.4.11 Приведите уравнение шкалы прибора электродинамической системы для измерения мощности в цепях постоянного и переменного напряжения.

1.4.12 Укажите область применения электродинамических приборов.

1.4.13 Нарисуйте схему включения ваттметра.


2 Расширение пределов измерения аналоговых электроизмерительных приборов

2.1 Цель работы

2.1.1 Изучить методы расширения пределов измерения амперметров.

2.1.2 Изучить методы расчета сопротивления шунтов.

2.1.3 Изучить методы расширения пределов измерения вольтметров.

2.1.4 Изучить методы расчета сопротивления добавочных резисторов.

2.2 Основные теоретические положения

2.2.1 Расширение пределов измерения амперметра

Для расширения пределов измерения амперметров применяют особые вспомогательные устройства - шунты.

Шунт представляет собой четырехзажимный резистор Rш, который вместе с измерительным механизмом, подключенным к его потенциальным зажимам П, при помощи токовых зажимов Т включается в цепь измеряемого тока Iх (рисунок 2.1)

Шунт преобразует ток в падение напряжения. Для постоянного тока уравнение преобразования имеет вид:

,

где Iш - ток в шунте.

Рисунок. 2.1 – Схема подключения шунта к амперметру

Но шунт можно рассматривать и как делитель напряжения с коэффициентом деления (шунтирования):

,

где Iо - ток в измерительном механизме;

Rи.м. - сопротивление измерительного механизма.

Это позволяет расширить пределы измерения измерительного механизма по току, т.е. измерять токи, значительно превосходящие ток, на который рассчитан измерительный механизм. Из этого выражения следует:

.

Шунты изготовляются из манганина и применяются почти исключительно с магнитоэлектрическими измерительными механизмами на постоянном токе. Применять шунты для электродинамической системы и других систем нецелесообразно, поскольку эти измерительные механизмы потребляют большую мощность, что приводит к необходимости иметь значительные Uш, а следовательно, и Rш, приводящие в свою очередь к увеличению габаритов и массы шунтов. Кроме того, применение шунтов на переменном токе приводит к погрешности, обусловленной перераспределением токов Iо и Iш при разных частотах из-за влияния реактивных сопротивлений измерительного механизма и шунта.

На токи до 30...50 А применяют внутренние шунты, помещаемые в корпусе прибора. На большие токи шунты делаются наружными- для исключения нагревания прибора выделяемой в шунте мощностью. Наружные шунты изготовляются на токи до 10000 А и имеют массивные наконечники из красной меди для включения в цепь тока. Между наконечниками впаяны манганиновые пластины или круглые стержни для улучшения охлаждения шунта. Эти шунты делаются взаимозаменяемыми, т.е. на фиксированные Uш (60, 75, 100, 150, и 300 мВ) и потенциальные зажимы шунта соединяют с измерительным механизмом калиброванными проводами, сопротивления которых оговорены ГОСТ 8042-68. Калиброванные шунты в зависимости от точности их подгонки подразделяют на классы 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5.

2.2.2 Расширение пределов измерения вольтметра

Резистор, включенный последовательно с измерительным механизмом (ИМ), вращающий момент которого зависит от тока, и используемый для измерения напряжения, называется добавочным резистором. Его основное назначение - преобразовать напряжение в ток.

Ток Iо в цепи ИМ (рисунок 2.2.) определяется уравнением преобразования:

,

где Uх - измеряемое напряжение;

Rим - сопротивление ИМ;

Rд - сопротивление добавочного резистора.

Рисунок 2.2 – Схема подключения добавочного сопротивления к вольтметру

Добавочные резисторы служат также для расширения пределов измерения по напряжению уже готовых вольтметров и других приборов, например ваттметров, фазометров, имеющих параллельные цепи, включаемые под напряжение.

Если вольтметр имеет номинальный предел измерения Uн и сопротивление Rим и нужно расширить предел до U’н  Uн, то справедливо равенство:

.

Отсюда сопротивление резистора:

,

где - и обычно называется множителем шкалы.

Добавочные резисторы изготовляются обычно из манганиновой проволоки, намотанной на каркас из изоляционного материала.

У вольтметров с верхним пределом измерения до 300В добавочные резисторы встраивают внутри корпуса прибора. При устройстве вольтметров с пределом измерения свыше 300В добавочные резисторы из-за их размеров и по условиям охлаждения устанавливают вне корпуса прибора.

В зависимости от точности подгонки добавочные резисторы подразделяются на классы: 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0.

2.3 Порядок выполнения работы

2.3.1 Соберите схему согласно рисунку 2.3.

2.3.2 Перед включением стенда установите переключатель ЛАТРа в начальное положение.

2.3.3 Переменный резистор R13 установить на максимальное сопротивление.

2.3.4 В данной работе поверяемым является миллиамперметр ИП с добавочным шунтом R10 (при этом величина его полного отклонения равна 25 мА), а контрольным мультиметр, с установленным пределом измерения «20mA».

2.3.5 Включите стенд, затем тумблер включения питания ЛАТРа Т1 (S7) и наконец тумблер питания цепей постоянного тока (S6).

2.3.6 Изменяйте переключателем ЛАТРа величину напряжения (V2) до получения измеряемого тока, дальнейшее увеличение тока осуществляется плавно с помощью переменного резистора R13. Сделайте необходимое для расчетов количество замеров.

2.3.7 По окончании работы верните все аппараты в исходное положение и отключите стенд.

Рисунок 2.3 – Схема для расширения предела измерения амперметра

2.3.8 Определите величину сопротивления шунта R10 измерительного прибора ИП, для чего измерьте омметром сопротивление рамки измерительного механизма.

2.3.9 Соберите схему согласно рисунку 2.4.

Рисунок 2.4 – Схема для расширения предела измерения вольтметра

2.3.10 В данной работе в качестве поверяемого вольтметра используется миллиамперметр ИП с Uн=100мВ и добавочным резистором R’д = R12 (при этом его максимальное отклонение соответствует 100 В), контрольным является мультиметр с установленным пределом измерения «200V»; а для случая ИП с добавочным резистором R11 - максимальное отклонение соответствует 50 В.

2.3.11 Включите стенд, затем тумблер включения питания ЛАТРа Т1 (S7). Изменяйте переключателем ЛАТРа величину напряжения (V2) до получения измеряемого напряжения на приборе ИП. Точная установка величины измеряемого напряжения производится резистором Rд.

2.3.12 Сделайте необходимое для расчетов количество замеров.

2.3.13 По окончании работы верните все аппараты в исходное положение и отключите стенд.

2.3.14 Определите величину сопротивления добавочного резистора измерительного прибора ИП, для чего измерьте его внутреннее сопротивление.

2.4 Список контрольных вопросов

2.5.1 Какой вид имеет схема включения наружных шунтов?

2.5.2 Определите сопротивление шунта для измерительного механизма с током полного отклонения 5 мА и Rим = 3 Ом, если нужно измерить ток 150А.

2.5.3 Каким должно быть сопротивление шунта к миллиамперметру, рассчитанному на 75 мВ, с током полного отклонения 7,5 мА для измерения тока 7,5А?

2.5.4 Какой ток можно измерить прибором, рассчитанным на 10 мА (Rим = 10 Ом), если его включить с шунтом, сопротивление которого Rш = 0,01 Ом?

2.5.1 Какие вспомогательные элементы применяются для изменения пределов измерения магнитоэлектрических вольтметров?

2.5.2 Какого порядка должно быть сопротивление добавочного резистора к измерительному механизму с Rо = 1 Ом и падением напряжения на рамке Uо = 10 мВ, для получения вольтметра с Uн = 10 В?

2.5.3 До какого значения напряжения будет расширен предел измерения вольтметра с сопротивлением рамки Rо = 1 Ом и падением напряжения на ней Uо = 10 мВ при включении добавочного резистора Rд = 100 кОм?


3. Измерение активных и реактивных сопротивлений косвенным методом

3.1 Цель работы

3.1.1 Изучить схемы определения сопротивлений по методу вольтметра и амперметра.

3.1.2 Оценить погрешность измерения при различных способах включения вольтметра и амперметра.

3.1.3 Изучить косвенный метод измерения индуктивности.

3.2 Основные теоретические положения

3.2.1 Измерение сопротивлений косвенным методом

Метод вольтметра и амперметра - косвенный способ определения различных сопротивлений, позволяющий ставить элемент с определенным сопротивлением в рабочие условия. Этот метод основан на использовании закона Ома для участка цепи, сопротивление Rх которого определяется по известному падению напряжения Uх на нем и току Iх так:

.

Существуют различные способы измерения падения напряжения Uх и тока Iх (рисунок 3.1)

а) б)

Рисунок 3.1 – Схемы для измерения сопротивлений косвенным методом

Измерительные части приведенных схем не обеспечивают одновременное измерение напряжения Uх и тока Iх. Так 1-я схема (Рисунок 3.1.б.) позволяет измерить с помощью вольтметра напряжение Uх, а амперметр дает возможность определить ток I, равный сумме Iх и Iв, из которых последний является током обмотки вольтметра. В этом случае определяемое сопротивление:

где Rв - сопротивление вольтметра.

Во второй схеме амперметр учитывает ток Iх, но вольтметр показывает напряжение U, равное сумме падений напряжений Uх на сопротивлении Rх и Ua на амперметре. Поэтому определяемое сопротивление:

,

где Rа - сопротивление амперметра.

Следовательно, если при расчете определяемого сопротивления учитывать сопротивления приборов, то все схемы равноценны.

Если определяемое сопротивление Rх мало по сравнению с сопротивлением вольтметра Rв, током Iв можно пренебречь и, применяя первую схему (рисунок 3.1 а.), находить сопротивление Rх так:

,

допуская относительную погрешность:

.

В этих случаях, когда определяемое сопротивление Rх сравнимо с сопротивлением вольтметра Rв и пренебречь током Iв нельзя, следует пользоваться второй схемой (рисунок. 3.1 б.) и при расчете не учитывать падение напряжения Uа на амперметре, определяя сопротивление Rх так:

при относительной погрешности измерения:

Для выявления пределов целесообразности использования той или другой схемы следует приравнять относительные погрешности и, а затем найти значение сопротивления Rх, для которого обе схемы равноценны:

или

Откуда

Следовательно, для сопротивлений  предпочтительна схема рисунок. 3.1 а, а для сопротивлений  - схема рисунок 3.1 б. Первую из них называют схемой определения "малых" сопротивлений, а другая – схемой для определения "больших" сопротивлений.

При определении сопротивлений методом вольтметра и амперметра следует выбирать магнитоэлектрические приборы с такими пределами измерений, чтобы показания их были близки к номинальным значениям, т.к. это обеспечивает меньшие погрешности измерения.

3.2.1 Измерение индуктивности косвенным методом

Любой контур электрической цепи с током пронизывается собственным магнитным потоком. Магнитные потоки, пронизывающие отдельные витки катушки, могут быть различными. Сумма магнитных потоков, сцепленных с витками, называется потокосцеплением.

где W - число витков.

Потокосцепление и ток катушки в линейной цепи пропорциональны и связаны соотношением:

где L - коэффициент пропорциональности - индуктивность катушки, которая поэтому и называется катушкой индуктивности. Единица измерения индуктивности - Гн.

Как и при измерении сопротивления постоянному току, для измерения индуктивности применим метод амперметра и вольтметра. Необходимо лишь иметь в виду, что в данном случае определение погрешностей измерения Zх (полного сопротивления катушки индуктивности), обусловленных сопротивлением приборов, затруднительно, т.к. погрешности зависят не только от значения Zх, но и от составляющих полного сопротивления измерительных приборов. В связи с этим применяется метод 3-х приборов - амперметра, вольтметра и ваттметра. Для больших сопротивлений используется схема показанная на рисунке 3.2 а, а для малых – на рисунке 3.2 б.

а) б)

Рисунок 3.2  – Схема для косвенных измерений сопротивления

В первом случае значение полного сопротивления, определенное по показаниям вольтметра и амперметра,

будет больше действительного Zх на величину геометрической суммы  сопротивлений амперметра и последовательной обмотки ваттметра.

По показаниям приборов в схеме, (рисунок. 3.1 а) можно определить активное сопротивление,где Rа и Rвт - активные сопротивления соответственно амперметра и последовательной обмотки ваттметра, и реактивное сопротивление:

Зная активное и реактивное сопротивления приборов, можно  найти активное, реактивное и полное сопротивление элемента цепи:

;; ; .

Применительно к схеме, приведенной на рисунке 3.2 б, по показаниям приборов вычисляют активную и реактивную проводимости и находят активную, реактивную и полную проводимости измеряемого элемента цепи. Точность измерения рассмотренным методом невелика, причем особенно большие погрешности имеют место при определении составляющих полного сопротивления (или проводимости).

3.3 Порядок выполнения работы

В данной работе необходимо косвенным методом измерить сопротивление R14 (малой величины 300 Ом) и сопротивление R15 (сравнимое с сопротивлением обмотки вольтметра 10 кОм ).

3.3.1 Измерение сопротивлений малой величины.

Рисунок 3.2 – Схема для измерения сопротивлений малой величины

3.3.1.1 Соберите схему согласно рисунку 4.2 сначала с включением вольтметра (мультиметра с установленным пределом измерения напряжения «200V») до амперметра (мультиметра с установленным пределом измерения тока «20mA»), а затем схему с включением вольтметра после амперметра. Включите стенд, затем тумблер включения питания ЛАТРа Т1 (S7) и наконец тумблер питания цепей постоянного тока (S6). Изменяйте переключателем ЛАТРа величину напряжения до получения измеряемого тока.

3.3.1.2 Изменяйте переключателем ЛАТРа величину напряжения до получения измеряемого тока.

3.3.1.3 Сделайте перекоммутацию цепи таким образом, чтобы амперметр был включен после вольтметра и повторите измерения.

3.3.2 Измерение сопротивлений большой величины.

В данном опыте измеряется сопротивление R15,вольтметром служит миллиамперметр ИП с добавочным сопротивлением R11 (предел измерения 50В и внутреннее сопротивление 10 кОм).

3.3.2.1 Соберите схему согласно рисунку 3.3 а.

а)

б)

Рисунок 3.3 б – Схемы для измерения больших сопротивлений

3.3.2.2 Изменяйте переключателем ЛАТРа величину напряжения (в качестве вольтметра прибор ИП на пределе 50В) до получения измеряемого тока. По окончании опыта верните все аппараты в исходное положение и отключите стенд.

3.3.2.3 Сделайте перекоммутацию таким образом, чтобы амперметр А2 был включен до вольтметра и повторите измерения (рисунок 3.3 б).

3.3.4 По окончании работы верните все аппараты в исходное положение и отключите стенд.

3.3.5 Рассчитать Rх по схеме рис. 3.2. в соответствии с п.п.3.3.1.3 по формуле

3.3.6 Измерьте сопротивление с помощью омметра. Оцените погрешность измерения, сравнив расчетное значение с измеренным.

3.3.7 Рассчитать Rх по схеме рисунок 3.3.а. и рисунок 3.3.б. в соответствии с п.п.3.3.2.2 и 3.3.2.3 по формуле .

3.3.8 Измерьте сопротивление с помощью омметра. Оцените погрешность измерения, сравнив расчетное значение с измеренным.

3.3.9 Соберите схему рис. 3.4 Включите стенд, затем тумблер включения питания ЛАТРа Т1 (S4). Изменяйте переключателем ЛАТРа величину напряжения (V1) до получения измеряемого тока на приборе А1.

Рисунок 3.4 – Схема для измерения индуктивности косвенным методом

3.3.10 Изменяя величину напряжения установите такую величину тока и мощности, которые можно достаточно точно измерить. Повторить измерения с различными величинами индуктивности.

3.3.11 Результаты опыта занести в таблицу 3.1.

3.3.12 По окончании работы верните все аппараты в исходное положение и отключите стенд.

3.3.13 Определить индуктивность катушки с учетом известных значений Rа, Rвт, Хвт, Ха.

Таблица 3.1

Измерение

Расчет

N

U, B

I, A

P, Вт

Zx,Ом

Rx,Ом

Хх,Ом

Lx,Гн

,%

3.4.2 Определить значение индуктивности катушки без учета Rа, Rвт, Ха, Хвт по показаниям амперметра, вольтметра и ваттметра:

; ; .

3.4.3 Определить абсолютную и относительную погрешности ().

3.4 Список контрольных вопросов

3.4.1 Что понимают под измерением сопротивления?

3.4.2 Почему при определении сопротивления по методу амперметра и вольтметра следует применять различные схемы включения измерительных приборов?

3.4.3 Какие сопротивления при определении по методу вольтметра и амперметра принято считать "большими" и какие "малыми"?

3.4.4 В чем суть косвенного метода измерения?

3.4.5 Зависит ли схема включения А, V, Р от значения неизвестного сопротивления катушки индуктивности?


4 Измерение напряжений и токов при помощи электронного осциллографа

4.1 Цель работы.

4.1.1 Изучить устройство и правила эксплуатации электронных осциллографов.

4.1.2 Изучить методы измерения с помощью осциллографа амплитуды непрерывных и импульсных сигналов.

4.2 Основные теоретические положения

В основу работы электронного осциллографа (ЭО) положено управление движением пучка электронов воздействием на него исследуемым напряжением. Структурная схема ЭО осциллографа дана на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 – Структурная схема осциллографа

Исследуемое напряжение является функцией времени, отображаемой в прямоугольных координатах графиком U = (t). Две пары пластин ЭЛТ отклоняют луч в двух взаимно перпендикулярных направлениях, которые являются координатными осями. Для получения равномерной оси времени необходимо, чтобы луч электронов отклонялся в горизонтальном направлении с постоянной скоростью. С этой целью к горизонтально отклоняющим пластинам (Х) подводят от генератора пилообразное напряжение. Исследуемое напряжение подается к вертикально - отклоняющим пластинам ЭЛТ. Наблюдаемое на экране ЭЛТ изображение называется осциллограммой.

Чувствительность ЭЛТ определяется по формуле:

, мм/В,

где L - смещение пятна на экране ЭЛТ при изменении напряжения (U) на пластинах Y на 1 В.

Для получения неподвижного изображения на экране ЭЛТ необходимо его синхронизировать напряжением генератора развертки, т.е. добиться равенства периода развертки периоду исследуемого сигнала.

4.2.1 Измерение напряжений

Для измерения напряжений осциллографом применяется метод сравнения и метод калиброванной чувствительности канала вертикального отклонения (Y).

Первый метод основан на линейной зависимости между напряжением, поданным на вход осциллографа, и получаемым отклонением луча ЭЛТ по вертикали. Процесс измерения напряжения методом сравнения сводится к выполнению двух операций:

а) получению изображения измеряемого напряжения Uх и измерению размаха изображения по вертикали lх;

б) замене измеряемого напряжения известным (калиброванным) напряжением и регулировкой его до получения изображения с размахом по вертикали lх, близкого к lх. При этом:

где Кд – коэффициент деления входного делителя.

В качестве источника известного напряжения используется специальный источник, помещаемый в осциллограф, называемый калибратором напряжения.

Для измерения напряжений методом калиброванной чувствительности на вход канала У подают калиброванное переменное напряжение Uк и с помощью плавной регулировки (ручкой "Усиление") коэффициента усиления канала У добиваются получения на экране ЭЛТ нужного размаха напряжения lк. При этом номинальная чувствительность S определится как:

В дальнейшем ручку "Усиление" вращать нельзя.

После калибровки на вход Y осциллографа подают измеряемое напряжение Uх, замеряют размер по вертикали lх и вычисляют искомое значение напряжения:

Точность измерения напряжений с помощью осциллографа составляет 5...10%.

4.3 Порядок выполнения работы

Рисунок 4.3 – Схемы подключения осциллографа

4.3.1 Для проведения измерений напряжения и тока при помощи осциллографа соберите схему поверки ваттметра косвенным методом (рисунок 4.3) и подключите осциллограф поочередно к выводам R17, R18, R19 (для измерения напряжения) и к выводам амперметра А1 (для измерения тока). Изменяя напряжение, установите такую величину тока и напряжения, которые можно достаточно точно измерить.

4.3.2 Повторить измерения с различными величинами сопротивлений (R17, R18, R19). Сравните результаты измерений, полученные с помощью осциллографа с показаниями приборов.

4.3.5 По окончании работы верните все аппараты в исходное положение и отключите стенд.

4.4 Список контрольных вопросов

4.5.1 Какие параметры синусоидальных сигналов можно измерять электронным осциллографом?

4.5.2 Для какой цели применяют в осциллографе синхронизирующее напряжение?

4.5.3 Для какой цели в осциллографе применяют развертывающее напряжение?

4.5.4 Какую форму имеет напряжение на выходе генератора развертки?

4.5.5 На какие электроды ЭЛТ подается исследуемое напряжение?

4.5.6 Какие способы применяются для измерения частоты осциллографом?

4.5.7 Исходя из какого условия определяют частоту неизвестного сигнала при помощи осциллографа?


Список использованных источников

1. Электрические измерения./ Под ред. А.В.Френке.-М.: Энергия, 1980.

2. Основы метрологии и электрические измерения/ Под ред. Е.М.Душина -6-е изд., перереб. И доп. - Л.: Энергоатомиздат. Ленинградское отделение, 1987.

3. Сборник задач и упражнений по электрическим и электронным измерениям. Под ред. Э.Г. Атамалян - М.: Высшая школа, 1980.

4. Атамалян Э.Г. Приборы и методы измерения электрических величин: Учебн. Пособие.- М.: Высшя школа, 1989.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

53966. Понятие культуры. Культура как объект научного исследования 28.5 KB
  Культура – это особый духовный опыт человеческих сообществ, накапливаемый и передаваемый от поколения к поколению, содержанием которого является ценностные смыслы вещей, форм
53967. Психология как наука и сиситема житейских знаний 55.5 KB
  Психология состоит из многочисленных школ по разному трактующих психологические явления. Психология одновременно является наукой гуманитарной и естественной. Предмет Психология менялся в ходе ее формирования как отдельной науки: 1. Психология как наука и сиситема житейских знаний Отличие житейских психологических знаний и научных: 1.
53968. Урок русского языка 142.5 KB
  Основные параметры урока Существуют разные формы работы по русскому языку: 1 урок основная форма; 2 факультативные занятия проводятся в специальное время с теми учащимися которые проявляют особый интерес к предмету; 3 внеклассная работа кружки декады русского языка стенгазеты и т. Основные признаки урока: 1 постоянный состав учащихся; 2 регламентация временем 4045 минут или 90 минут 2 часа на развитие речи; 3 систематическое усвоение учениками знаний умений и навыков которое обеспечивается руководящей ролью учителя; 4...
53969. ЛЕКЦІЯ З ПУТІВНИКОМ 118.5 KB
  Безперечно існує проблема результативності лекції бо було підраховано що навіть після блискучої лекції найуважніший слухач відтворював 70 матеріалу через 3 години та 10 через 3 дні. Про проблему результативності лекції свідчить і піраміда сприйняття різних методів навчання Аналізуючи вище сказане виникає проблема: треба шукати шляхи підвищення ефективності лекції як методу навчання зробити традиційно статичний метод методом активного навчання. Один із шляхів вирішення цієї проблеми – застосування методу лекції з путівником. Тому...
53970. Размеры форма и конструкция одежды. Взаимосвязь размеров, формы и конструкции одежды с размерами тела человека и свойствами материалов; принципы расчета прибавок и припусков 4.52 MB
  Размеры форма и конструкция одежды. Взаимосвязь размеров формы и конструкции одежды с размерами тела человека и свойствами материалов; принципы расчета прибавок и припусков. Основные типы конструктивного построения одежды предложенные ЕМКО СЭВ. Внутренние размеры и форма одежды.
53971. Компютерна залежність 57 KB
  Особливу увагу треба приділити вивченню впливу комп’ютера на здоров’я школярів що обумовлено як більшою чутливістю організму дитини до всіляких факторів навколишнього середовища так і можливими віддаленими наслідками такого впливу які позначаться лише через багато років. Негативні фактори які впливають на людину за комп’ютером: сидяче положення протягом тривалого часу; електромагнітне випромінювання; перевантаження суглобів кистей; підвищене навантаження на зір; стрес у разі втрати інформації. Сидяче положення Людина за...
53973. Основные этапы развития научных представлений о культуре. Актуальность культурологических исследований 37.5 KB
  Традиция исследования феномена, называемого культурой, насчитывает многие столетия. В философии Древнего Мира значительное место занимает рассмотрение проблем морали, религии, искусства, бытия личности; в античной философии появился термин «культура».
53974. Lesen 256 KB
  Wir beginnen unsere Stunde. Aber ich möchte sagen, dass wir heute eine ungewöhnliche Stunde haben. Wir haben heute viele Gäste. Das sind Deutschlehrer und ich möchte meine geehrte Kolegen herzlich in unserer Schule begrüßen. Unser heutiges Thema heißt...