14325

ЕЛЕКТРИЧНІ ВИМІРЮВАННЯ. Принцип роботи, типи, будова електровимірювальних приладів, похибки вимірювань. Техніка безпеки

Книга

Физика

Методичні рекомендації Для виконання лабораторних робіт з фізики ЕЛЕКТРИЧНІ ВИМІРЮВАННЯ Принцип роботи типи будова електровимірювальних приладів похибки вимірювань. Техніка безпеки. для студентів спеціальностей 6.010100професійне навчання 6.091900 мех

Украинкский

2013-06-03

203 KB

89 чел.

 Методичні рекомендації

Для виконання лабораторних робіт з фізики

ЕЛЕКТРИЧНІ ВИМІРЮВАННЯ

«Принцип роботи, типи, будова електровимірювальних приладів,

похибки вимірювань. Техніка безпеки.»

для студентів спеціальностей

6.010100-професійне навчання

6.091900- механізація сільського господарства

7.130102-агрономія

7.130201- зооінженерія

6.091900- енергетика сільського господарства

Миколаїв 2004

Методичні рекомендації для виконання лабораторних робіт з фізики: «Принцип роботи, типи, будова електровимірювальних приладів, похибки вимірювань. Техніка безпеки». Для  студентів всіх спеціальностей.

Склали:

ст. викладач Вахоніна Л.В.

ас. Домчук П. М.

Рецензенти:

Івашина Ю.К. доцент ХДУ, к.ф.-м.н.

Руденко О.Г. доцент МДАУ, к.т.н.

Друкується згідно з рішенням методичної ради МДАУ

протокол №______ від ______

Зміст

Вступ………………………………………………………………………….

4

1.Принцип роботи, типи і будова  електровимірювальних приладів…….

4

2.Похибки електровимірювальних приладів……………………………….

8

3.Монтаж  електровимірювальних   лабораторних  установок…………...

11

4.Правила техніки безпеки при електричних вимірюваннях лабораторного  практикуму………………………………………………….

15

  Література…………………………………………………………………..

16

ВСТУП

Сучасну науку і техніку, сільське господарство не можна уявити без електричних вимірювань. При допомозі електровимірювальних приладів перевіряється правильність наукових висновків, встановлюються нові закономірності, проводиться контроль за технологічними процесами.

Мета даних методичних рекомендацій – ознайомити студентів з деякими основами техніки електричних вимірювань і необхідними при цьому правилами техніки безпеки.

Знання цих основ потрібне для виконання лабораторного практикуму в лабораторіях “Електрика” та ”Оптика” в курсі “Фізика”, а в подальшому являється необхідною умовою успішної інженерної діяльності спеціаліста сільського  господарства.

1.ПРИНЦИП РОБОТИ ,ТИПИ, БУДОВА ЕЛЕКТРОВИМІРЮВАЛЬНИХ ПРИЛАДІВ.

Електровимірювальні прилади поділяються на прилади, які показують (стрілочні ) та прилади порівнювання (компенсаційні пристрої і мости).

В техніці і лабораторній  практиці  переважно використовуються  стрілочні прилади .

Найбільш розповсюдженою групою електровимірювальних приладів, які показують є електромеханічні прилади в яких зміна енергії магнітного і електричного полів використовується для переміщення рухомої частини приладу.  

В залежності від способу перетворення енергії, яка підводиться, в механічну енергію переміщення рухомої частини, та по конструктивних особливостях вимірювального механізму, електромеханічні прилади діляться на кілька типів. Найбільш широко використовуються наступні типи електромеханічних приладів:

   1. Прилади магнітоелектричної системи, в яких використовується взаємодія магнітного поля  постійного магніту з магнітним полем електричного струму, який протікає по обмотці легкої рухомої котушки.

   2. Прилади електромагнітної  системи, де  використовується взаємодія магнітного поля електричного струму  нерухомої котушки з магнітним полем намагніченого залізного осердя, яке рухається відносно котушки .

   3. Прилади електродинамічної системи, в яких використовується взаємодія магнітних полів електричних струмів, які протікають по двох рамках , одна з яких рухома, а друга нерухома .

   4. Прилади індукційної системи, в яких використовується властивість бігучого магнітного поля створювати обертовий момент, який діє на рухоме магнітне тіло, поміщене в це поле.

   5.Прилади електростатичної системи. Принцип роботи їх заснований на взаємодії електричних полів двох або декількох електродів, один з яких є рухомим. Електроди звичайно виготовляють з алюмінію.

   6.Прилади вібраційної системи, в яких використовується співпадання частот власних коливань рухомої частини приладу з частотою змінного струму.

   7.Прилади теплової системи . В них використовується зміна довжини провідника при його нагріванні.

Умовні позначення, які наносяться на лицьових частинах приладу(ГОСТ 1845-69)  наведені в таблицях 1-5.

Таблиця №1

Позначення одиниць вимірювання їх кратних та дольових значень

1.Ампер                    А                     10.Вебер                    W

2.Міліампер            mA                  11.Мілівебер            mW

3.Мікроампер         A                   12.Мікрофарада        F

4.Вольт                     V                     13.Пікофарада           pF

5.Мілівольт             mV                  14.Генрі                      H

6.Герц                      Hz                     15.Мілігенрі            mH

7.Кілоом                  k                    16.Мікрогенрі          H

8.Ом                                                17.Тесла                     T

9.Міліом                  m                   18.Мілітесла            mT   

Таблиця №2

Умовні графічні позначення електровимірювальних приладів

  1.  Магнітоелектричний прилад з рухомою рамкою……………………..
  2.  Магнітоелектричний прилад з рухомим магнітом…………………
  3.  Електромагнітний прилад………………………………………………
  4.  Електродинамічний прилад………………………………………….
  5.  Феродинамічний прилад………………………………………………
  6.  Індукційний прилад…………………………………………………….
  7.  Магнітоіндукційний прилад……………………………………………
  8.  Електростатичний прилад……………………………………………..
  9.  Вібраційний прилад (язичковий)………………………………………
  10.  Тепловий прилад з проволокою, що нагрівається……………………..
  11.  Біметалічний прилад…………………………………………………..

Таблиця №3

Позначення виду струму.

  1.  Постійний струм……………………………………………………….. ──
  2.  Змінний (однофазний) струм………………………………………….
  3.  Постійний та змінний струм…………………………………………..

Таблиця №4

Позначення класу точності, положення приладу, надійності ізоляції.

  1.  Клас точності наприклад 0,5…………………………………………….0,5
  2.  Горизонтальне положення шкали приладу……………………………
  3.  Вертикальне положення шкали приладу………………………………
  4.  Похиле положення шкали під певним кутом до горизонту…………..
  5.  Напрямок орієнтиру приладу в земному манітному полі……………..
  6.  Вимірювальний ланцюг, ізольований від корпусу та випробуваний напругою наприклад 2кВ…………………………………………………………….
  7.  Прилад випробуванню надійності ізоляції не підлягає……………….
  8.  Обережно! Надійність ізоляції вимірювального ланцюга по відношенню до корпуса не відповідає нормам (знак показується червоним кольором)   
  9.  Увага! Дивись додаткові вказівки в паспорті та інструкції по експлуатації   

Таблиця №5

Позначення затискачів, коректора та аретиру.

  1.  Негативний затискач……………………………………………………….
  2.  Позитивний затискач ………………………………………………………+
  3.  Загальний затискач (для багатограничних приладів змінного струму і комбінованих приладів)………………………………………………….
  4.   Затискач постійного струму (в комбінованих приладах) в залежності від полярності…………………………………………………………………+ або -
  5.   Затискач змінного струму (в комбінованих приладах)……………….
  6.  Затискач, з’єднаний з рухомою частиною (рамкою) приладу………..
  7.  Затискач, з’єднаний з екраном…………………………………… Е або Екран
  8.  Затискач з’єднаний з корпусом…………………………………………
  9.   Затискач для заземлення………………………………………………..
  10.   Коректор………………………………………………………………….
  11.   Аретир…………………………………………………………... АР або Аретир

12. Напрямок аретирування…………………………………………………

2. ПОХИБКИ ЕЛЕКТРОВИМІРЮВАЛЬНИХ ПРИЛАДІВ

Результати вимірювань завжди відрізняються від дійсного значення вимірюваної величини. Абсолютна похибка приладу - це різниця між показанням приладу  і дійсним значенням вимірюваної величини тобто:

.      (2.1)

Абсолютна похибка, яку взято з протилежним знаком, називається поправкою.

Відносна похибка вимірювання-це відношення абсолютної похибки    до дійсного значення вимірюваної величини А.

.     (2.2)

Зазвичай значення  і  мало відрізняються один від одного, тому у вираз (2.2) замість    підставляютьотримане із досліду, тобто:

.     (2.3)

На похибки    і    має вплив похибка підрахунку, похибка самих приладів та недосконалість методів вимірювання.

Для зменшення похибки відрахунку електровимірювальні прилади виготовляють з ножевидною стрілкою, або з світловим вказівником і дзеркальною шкалою. При відрахунку промінь зору повинен бути перпендикулярним до шкали, інакше можлива похибка від паралакса. Дзеркальні шкали дозволяють уникати паралакса. При відрахунку по дзеркальній шкалі, окуляр спостерігача повинен бути розміщений так , щоб кінець стрілки закривав своє зображення в дзеркалі.

Похибка приладів характеризується відносною приведеною похибкою  під якою розуміють відношення абсолютної похибки приладу до номінального (максимального) значення шкали  виражене у відсотках:

.     (2.4)

Абсолютна похибка вважається величиною сталою по всій шкалі  електровимірювального приладу. Завод-виробник гарантує, що найбільша відносна приведена похибка приладу не перевищує вказаного значення, яке називається класом точності приладу, і у відсотках рівне класу точності приладу.

Згідно ГОСТ 1845-69 електровимірювальні прилади мають наступні класи точності: 0.05; 0.1; 0.2; 0.5; 1.0; 1.5; 2.5; та 4.0;

Приклад: Клас точності електровимірювального приладу 0,5. Це означає, що відносна приведена похибка приладу в робочому діапазоні шкали не перевищує 0,5%. Прилади класу точності 0,05; 0.1; 0.2; та 0.5; називаються прецизійними і використовуються для точних лабораторних вимірювань. Знайдемо зв’язок відносної похибки вимірювань  з відносною приведеною похибкою приладу. Помножимо і поділимо праву частину (2.4) на чисельне значення вимірюваної величини .

Звідки:

.      (2.5)

Дослідимо вираз (2.5).   Нехай:

  1.  , тобто чисельне значення вимірюваної величини рівне номінальному значенню приладу. Тоді

  2.  < , тоді

>

  3. > є випадком нереальним.

Звідси видно, що відносна похибка вимірювання наближається до відносної приведеної похибки приладу, тільки при вимірюванні величини  близької до номінального значення шкали приладу   вона збільшується у стільки разів у скільки разів номінальне значення  більше величини  , яка вимірюється приладом. Щоб підвищити точність вимірювання потрібно користуватися приладами, номінальні значення яких близькі до вимірюваної приладом величини. Саме тому, електровимірювальні прилади виготовляють багатограничними.

Введемо поняття чутливості і ціни поділки  електровимірювального приладу.

Величина чисельно рівна відношенню приросту кута повороту рухомої частини приладу до приросту вимірюваної величини називається чутливістю приладу.

.      (2.6)

Чутливість приладу, як це видно із (2.6) має розмірність, яка залежить від характеру вимірюваної величини. Тому коли користуються терміном “чутливість”, кажуть “чутливість приладу до струму” або “чутливість приладу до напруги” і т.д.

Чим більше приріст кута відхилення при одному і тому ж приросту величини, яка вимірюється, тим менші величини можна виміряти приладом і тим вища його чутливість.

Величину протилежну чутливості приладу називають ціною поділки приладу.

.      (2.7)

Якщо відома ціна поділки приладу , то чисельне значення величини , яка вимірюється буде:

,      (2.8)

де - число поділок шкали приладу, на яке вказує стрілка рухомої частини приладу або світловий вказівник приладу.

Якщо шкала приладу рівномірна (прилади магнітоелектричнї системи), то за приріст кута відхилення приладу    можна прийняти приріст числа поділок шкали приладу.

Приклад: Маємо прилад, який може вимірювати струм від нуля до 0,25А. Шкала цього приладу рівномірна і має 100 поділок.

Чутливість  цього приладу:

3. МОНТАЖ ЕЛЕКТРОВИМІРЮВАЛЬНИХ ЛАБОРАТОРНИХ УСТАНОВОК

Перед виконанням лабораторної роботи потрібно ознайомитися з електричною схемою експериментальної установки та, розібравшись в принципах її роботи, провести монтаж установки.

Потрібно враховувати, що вміння розбиратися в електричних схемах дуже важливо для сучасного інженера сільськогосподарського виробництва, так як зараз в сільському господарстві немає, практично, ні однієї технологічної операції, де б не використовувалась електрична енергія.

Для того, щоб розумітися в електричних схемах, перш за все, потрібно знати умовні графічні позначення прийняті на електричних схемах згідно ГОСТ 2.728-74;2.755-73.    

                                     

Умовні графічні позначення на електричних схемах.

1.Постійний струм, постійна напруга……………………………………

2. Змінний струм ,змінна напруга……………………………………….

3. Полярність позитивна і негативна……………………………………. +  

4.Постійний та змінний струм…………………………………………………

5.Електричний з'єднувальний провідник………………………………… ──

6. Пересічні не з'єднані електричні провідники………………………….  

7.Пересічні з'єднані електричні провідники………………………………

8.Розгалужені електричні провідники…………………………………….

9.Плавкий запобіжник……………………………………………………..

10. Резистор (постійний опір)………………………………………………

11. Резистор (змінний опір)………………………………………………….

12. Змінний резистор (потенціометр)……………………………………..

13. Реостат (змінний резистор)…………………………………………….   

14. Котушка індуктивності, обмотка трансформатора,

    автотрансформатор………………………………………………

15. Котушка індуктивності з феромагнітним осердям……………

16. Конденсатор постійної ємності ………………………………………….

17. Конденсатор змінної ємності…………………………………………….

18. Лампа (освітлювальна)…………………………………………………

19. Однополюсний вимикач (рубильник)…………………………….

20. Двополюсний вимикач (рубильник)…………………………………

21. Амперметр………………………………………………………………

22. Вольтметр……………………………………………………………….

23. Хімічне джерело електроенергії (елемент, акумулятор)……………..  

24. Батарея елементів, акумуляторна батарея…………………………….

25. Заземлення………………………………………………………………

26. Діод напівпровідниковий………………………………………………

27. Транзистор (тріод)………………………………………………………

28.Двоелектродна електронна лампа……………………………………….    

29. Триелектродна електронна лампа……………………………………...

30. Нагрівальний елемент…………………………………………………..

Ціна поділки приладу  

 Якщо чуйність приладу не постійна, тобто прилад має нерівномірну шкалу, то для такого приладу похибку визначають для тієї області значень вимірюваної величини, де передбачається проводити вимірювання, ця область називається діапазоном вимірювань.

 Потрібно також вказати, що в багатьох випадках при вимірюваннях доводиться користуватися кратними та дольними одиницями. Кратні та дольні одиниці утворюються шляхом множення  10К , де К-ціле число.

Префікси для утворення кратних та дольних одиниць подані в таблиці 6.

Таблиця №6

Кратні та дольні одиниці

Множник

Найменування

Скорочене

позначення

Множник

Найменування

Скорочене

позначення

Україн-ське

Міжна-родне

Українське

Міжна-родне

10-18

Ат

A

а

10-1

Деци

д

d

10-15

Фемта

Ф

f

10

Дека

да

da

10-12

Піко

N

p

102

Гекто

Г

H

10-9

Нано

Н

n

103

Кіло

К

K

10-6

Мікро

Мк

106

Мега

М

M

10-3

Мілі

М

m

109

Гіга

Г

G

10-2

Санті

С

C

1012

Тера

Т

T

В деяких лабораторних роботах студенти самостійно проводять монтаж експериментальної установки згідно електричної схеми. При монтажі необхідно уважно дотримуватись наведених нижче правил. Дотримання цих правил гарантує правильну роботу та справність всіх частин електроустановки, забезпечує цілісність електровимірювальних приладів, дозволяє проводити електричні вимірювання з необхідною точністю та виконувати правила техніки безпеки.

    1.Вся електрична схема монтується за допомогою з’єднувальних провідників. Вони повинні бути ізольованими, а кінці їх зачищені, так як вони постійно окислюються, внаслідок чого порушуються контакти.

   2. Контакти повинні бути ретельно закріплені за допомогою зварки, пайки або гвинтового зажима.

3. Переплітання навіть ізольованих проводів не допускається.

4. Електричне коло ведеться від джерела струму , але підключається в останню чергу. При розбиранні електроустановки перш за все відключається джерело струму.

  1.  Всі реостати, які ввімкнені в коло, повинні бути встановленими на максимум опору.
  2.  Потенціометри (розподільники напруги) встановлюються на нуль напруги, яка подається в контур.
  3.  Всі рубильники та комутатори при складанні кола повинні буди розімкнутими.
  4.  Замикати напругу, без перевірення викладачем схеми електроустановки, категорично забороняється.
  5.  Напруга замикається тільки під час відрахунку.

   

4. ПРАВИЛА ТЕХНІКИ БЕЗПЕКИ ПРИ ЕЛЕКТРИЧНИХ ВИМІРЮВАННЯХ ЛАБОРАТОРНОГО ПРАКТИКУМУ

Для дотримання техніки безпеки при роботі з лабораторними електроустановками потрібно виконувати наступні правила:

   1. Підключати прилади до джерела  електричного струму можна тільки після ретельного монтажу  електричної схеми установки. Перевірка правильності монтажу та готовності лабораторної  електроустановки проводиться викладачем   або лаборантом.

   2. Не можна вмикати рубильники та вилки без дозволу викладача або лаборанта.

   3. У випадку перепід’єднань у схемі, остання перед вмиканням повинна  знову бути перевірена викладачем .

   4. Не проводити переключень в електроустановці, яка знаходиться під напругою.

   5. Студентам категорично забороняється користуватися іншими джерелами еклектичного струму, окрім вказаних викладачем.

   6. Не можна торкатися до неізольованих  частин електроустановки.

   7. Категорично забороняється залишати без нагляду під напругою електроустановку та прилади.

   8. У випадку виходу з ладу приладу, студент повинен негайно від’єднати електроустановку від джерела електричного струму і не робити спроб щодо виправлення ситуації, а повідомити  про це викладача.

   9. Збирання і розбирання електричних установок, підключення додаткових приладів, їх часткове відключення або зміну  приладів, проводити тільки при відключеному джерелі живлення.

  10. Операції при виконанні лабораторної роботи (переміщення повзуна реостата,  регулювання котушки з осердям і т.п.) проводяться однією рукою не дотикаючись другою струмоведучих частин.

11. При роботі з електричними конденсаторами, обов’язково потрібно проводити їх розряд перед початком і після закінчення роботи.

12. Електричні плитки повинні знаходитись на спеціальних теплоізолюючих підставках.

Література

 1. “Электрические измерения” (із лабораторними роботами)

під ред. доктора технічних наук  В.М. Малиновського, 1983 р.

 2. М.В. Аганесьян,  Є.А. Орлов  “Электротехника и электрические измерения”,  1983 р. Видавництво   “Радио и связь”

3. Б.А. Князевський,  М.А. Чекалин  “Техника безопасности,   противопожарная техника в электроустановках”,1983 р. Видавництво “Энергия”.

 

4. Р.М. Горбовицький “Основы техники безопасности и противопожарной техники”,   1981 р. Видавництво “Связь”.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

41258. Криві титрування та індикатори редоксометрії 102 KB
  Криві титрування та індикатори редоксометрії. План Криві титрування. Індикатори редоксометрії Криві титрування.
41259. Встановлення нормальності перманганату калію за вихідними речовинами 83.5 KB
  З рівняння видно що окиснювальний потенціал сильно залежить від рН розчину. В іншому випадку можливий перебіг побічних процесів наприклад: Для підкислення розчину застосовуеться звичайно сірчана кмслота оскільки HCl відновлюється перманганатом а азотна кислота сама здатна виступати як окисник що зрозуміло у кількісному аналізі неприпустимо. Приготування робочого розчину Як видно з рівняння реакції еквівалентна маса KMnO4 дорівнює Ми ділемо молярну масу на 5 у даному випадку тому що молярні маси еквівалентів в окисновідновних реакціях...
41260. Приготування та встановлення нормальності робочих розчинів йодометрії 92.5 KB
  Загальна характеристика методу Методи які базуються на виділенні або поглинанні йоду називаються йодометрією і займають особливе місце серед інших методів редоксометрії. Сильні відновники SnCl2 N3SO3 та інші визначають прямим титруванням робочим розчином йоду подібно перманганатометрії дихроматометрії тощо. До розчину окисника додають спочатку надлишок йодиду калію при цьому виділяється еквівалентна кількість йоду який відтиттровують тіосульфатом натрію. Деякою перепоною для широкого впровадження йодометрії при масових аналізах є...
41261. Комплексна функція електричного кола і частотні характеристики лінійних електричних кіл 247 KB
  Аналіз ланцюгів синусоїдального струму показує що амплітуди і початкові фази струмів у гілках і напруг на елементах ланцюга в загальному випадку залежать не тільки від схеми і параметрів її елементів не тільки від амплітуди і початкової фази коливань джерел що діють у ланцюзі але і від частоти цих коливань. Іншими словами характеристики процесів у ланцюгах істотно залежать від частоти. Визначаючи реакції одного і того ж ланцюга на гармонійні впливи з однаковими амплітудною і початковою фазою але різною частотою і порівнюючи них легко...
41262. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО ПЕРЕХІДНІ ПРОЦЕСИ В ЕЛЕКТРИЧНИХ ЛАНЦЮГАХ 255.5 KB
  Розрізняють два режими роботи ланцюга: сталий стаціонарний і несталий перехідний нестаціонарний. Несталим режимом або перехідним процесом у електричного ланцюга називають элекромагнитный процес що виникає у ланцюзі при переході від одного сталого режиму до іншого. Цей процес виникає в електричних ланцюгах при підключенні до них або відключенні від них джерел елект...
41263. Перехідні процеси в нерозгалужених колах першого порядку 190 KB
  Перехідні процеси у нерозгалужених ланцюгах першого порядку с джерелом постійної напруги Перехідні процеси в ланцюгах першого порядку з джерелом постійної напруги можуть виникнути як при підключенні джерела до ланцюга так і при стрибкоподібній зміні її чи схеми параметрів її елементів. Методику аналізу перехідних процесів що виникають у нерозгалуженому ланцюзі першого порядку при підключенні до неї джерела постійної напруги при нульових початкових умовах розглянемо на прикладі ланцюга r мал. На підставі другого закону...
41264. Аналіз проходження сигналів через лінійні електричні кола методом інтегралу Дюамеля 116.5 KB
  При малій тривалості Δτ реакція ланцюга на кожен імпульс fвх kt відповідно до формули 18.3 визначається за допомогою її імпульсної характеристики як добуток: fвых kt= tτSиk = tτ fвх τΔτ.8 Реакцію ланцюга на вплив fвх t відповідно до принципу накладення: знайдемо як суму реакцій fвых kt n τ=nΔt fвых t= Σ fвых kt= Σ fвхτtτΔτ.9 k=0 τ=0...
41265. Операторні передавальні функції 180.5 KB
  Операторной передатною функцією лінійного електричного ланцюга ДОр називають відношення зображення вихідної величини Xρ до зображення вхідної величини Fp при нульових початкових умовах: дор=Xρ Fρ.23...
41266. Числівник як повнозначна частина мови 69 KB
  Розряди числівників за значенням та граматичними ознаками. Особливості відмінювання та правопису числівників. Сполучення числівників з іменниками Пономарів Правопис. Вся складна система числівників базується на: десяти назвах чисел першого десятка: один два три чотири п’ять шість сім вісім дев’ять десять шести числових назвах: нуль сорок сто тисяча мільйон мільярд.