70851

ИЗМЕРЕНИЕ СИЛЫ ПОСТОЯННОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

Лабораторная работа

Физика

Ознакомление с прямыми и косвенными измерениями силы постоянного электрического тока; получение сведений о способах учета погрешностей измерений в этих случаях; знакомство с некоторыми средствами измерения силы постоянного электрического тока.

Русский

2014-10-28

494 KB

12 чел.

ГЛАВА 3. ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

ВЕЛИЧИН

РАБОТА №3.1. ИЗМЕРЕНИЕ СИЛЫ ПОСТОЯННОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Ознакомление с прямыми и косвенными измерениями силы постоянного электрического тока; получение сведений о способах учета погрешностей измерений в этих случаях; знакомство с некоторыми средствами измерения силы постоянного электрического тока.

2. ЗАДАНИЕ ДЛЯ ДОМАШНЕЙ ПОДГОТОВКИ

1. Ознакомьтесь со следующими понятиями: прямое измерение, косвенное измерение, класс точности прибора, погрешность измерения, методическая погрешность, инструментальная погрешность.

2. Ознакомьтесь на основе данного описания и рекомендованной литературы с основными методами измерения силы электрического тока.

3. Ознакомьтесь с принципом действия, устройством и характеристиками магнитоэлектрических приборов.

4. Ознакомьтесь с погрешностями измерения тока при помощи магнитоэлектрического амперметра: источник возникновения погрешностей, расчетные формулы, порядок расчета, представление результата измерения.

6. Ознакомьтесь с принципом действия, устройством и характеристиками цифрового вольтметра.

7. Ознакомьтесь с принципом действия, устройством и характеристиками магазина сопротивлений.

8. Ознакомьтесь порядком проведения лабораторной работы и продумайте свои действия за компьютером.

3. СВЕДЕНИЯ, НЕОБХОДИМЫЕ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Измерение силы постоянного электрического тока заключается в нахождении ее значения и определении полярности.

В случае прямых измерений постоянного электрического тока часто используются магнитоэлектрические амперметры.

Магнитоэлектрические амперметры обеспечивают наивысшую точность среди электромеханических аналоговых приборов (класс точности 0,05 – 2,5) и позволяют измерять токи в пределах от А до 50А (при измерении токов больше 0,05А используются внутренние шунты).

Для измерения больших постоянных токов (от 50А до нескольких килоампер) используются магнитоэлектрические амперметры и килоамперметры с наружными шунтами.

Малые токи (в пределах от А до А) измеряются при помощи гальванометров.

Измерение постоянного тока с повышенной точностью производится косвенным образом. Для этого образцовый резистор включается в цепь измеряемого тока и падение напряжения на нем измеряется с помощью компенсатора или высокоточного цифрового вольтметра. Таким же образом (используя преобразование ток-напряжение) работают электронные аналоговые и цифровые амперметры.

Упрощенная схема измерения постоянного тока с помощью магнитоэлектрического амперметра приведена на рис.3.1.1. Как видно, основными частями магнитоэлектрического амперметра являются измерительный механизм (ИМ), обладающий собственным омическим сопротивлением  и шунт, включенный параллельно ИМ. Шунт служит для расширения пределов измерения амперметра, его сопротивление  должно быть меньше сопротивления ИМ, и подбирается так, чтобы , где ,  – верхний предел измерений, которого необходимо достичь,  – максимально допустимый ток через ИМ.

Отметим, что ток, протекающий через ИМ магнитоэлектрического амперметра, не может превышать некоторой номинальной величины, которая называется током полного отклонения. Значение тока полного отклонения обычно лежит в пределах от 1 мкА до 50 мА.

При измерениях с помощью магнитоэлектрического амперметра реализуются прямые измерения методом непосредственной оценки. Погрешность этих измерений определяется инструментальной погрешностью амперметра и методической погрешностью измерений.

Инструментальная погрешность определяется классом точности, который для магнитоэлектрических вольтметров лежит, как уже указывалось, в пределах от 0,05 до 2,5.

Методическая погрешность зависит от соотношения между собственным омическим сопротивлением  амперметра, сопротивлением цепи R и внутренним сопротивлением  источника ЭДС (рис.3.1.1). Сопротивление  может достигать десятков ом, поэтому при измерениях тока с помощью магнитоэлектрических амперметров методическую погрешность всегда принимают во внимание.

Применительно к указанному случаю, найти значение абсолютной методической погрешности можно по формуле:

,    (3.1.1)

а относительной методической погрешности по формуле:

,  (3.1.2)

где  – действительное значение измеряемого тока.

Напомним, что при наличии двух независимых источников погрешности: методической  и инструментальной , результирующая погрешность вычисляется по формуле:

.    (3.1.3)

4. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА

Лабораторный стенд представляет собой персональный компьютер, на рабочем столе которого расположены модели магнитоэлектрического вольтамперметра, цифрового вольтметра, магазина сопротивлений и универсального источника питания (УИП) (рис. 3.1.2.). На рабочем столе также находится лабораторный журнал.

Схема электрического соединения приборов при выполнении работы показана на рис.3.1.3.

Рис. 3.1.2. Вид экрана лабораторного стенда при проведении работы №3.1.

В процессе выполнения работы манипуляция органами управления средствами измерений и других устройств производится с помощью мыши в таком же порядке, как это предусмотрено при работе с реальными приборами и устройствами.

Предел допустимой основной погрешности на всех диапазонах измерений магнитоэлектрического вольтамперметра составляет 0,5%. Внутреннее сопротивление вольтамперметра в режиме амперметра составляет 0,1 Ом.

Пределы допускаемых значений основной погрешности цифрового вольтметра при измерении постоянного напряжения равны:

,                            (3.1.4)

где  - конечное значение установленного предела измерений;

U – значение измеряемого напряжения на входе.

Предел допускаемого отклонения действительного значения сопротивления магазина от номинального значения в процентах определяется по формуле:

,   (3.1.5)

где R – номинальное значение включенного сопротивления в омах, а  Ом.

Внутреннее сопротивление УИП не превышает 0,3 Ом.

5. РАБОЧЕЕ ЗАДАНИЕ

1. Изучите описание работы и рекомендованную литературу. Запустите программу-оболочку лабораторного практикума, нажав кнопку RUN (“стрелка направо” в левом верхнем углу окна программы), и выберите  лабораторную работу №1 «Измерение силы постоянного электрического тока» в группе работ «Измерение электрических величин».

2. При необходимости еще раз почитайте описание работы, ответьте на вопросы коллоквиума и получите допуск к выполнению работы. После сдачи коллоквиума на рабочем столе автоматически появится окно лицевой панели ВП и окно лабораторного журнала, созданного в программе MS Excel. В лабораторный журнал в процессе выполнения работы будут вноситься данные, необходимые для последующего составления отчета.

3. Приготовьте к работе проверенную на отсутствие вирусов, отформатированную 3,5-дюймовую дискету и вставьте её в дисковод.

4. Изучите органы управления, находящиеся на передней панели приборов.

На лицевой панели магнитоэлектрического вольтамперметра расположены:

- шкала отсчетного устройства со стрелочным указателем;

- ручка пятидекадного переключателя пределов измерения и рода работы (ток или напряжение);

- ручка переключателя множителя шкалы;

- клеммные зажимы входов прибора.

На лицевой цифрового вольтметра расположены:

- кнопка «Сеть» включения питания прибора от сети;

- цифровой индикатор;

- три кнопки выбора предела измерения (меньший предел, АВП, больший предел);

- пять кнопок выбора рода работы (измерение постоянного напряжения, переменного напряжения, сопротивления, постоянного тока и переменного тока);

- клеммы для подключения прибора к электрическим схемам.

На лицевой панели магазина сопротивлений расположены:

  •  ручки восьмидекадного переключателя сопротивлений;
  •  клеммные зажимы для подключения прибора в электрическую схему.

На лицевой панели УИП расположены:

- тумблер «Сеть» включения питания прибора от сети;

- тумблер переключения диапазонов выходного напряжения;

- ручка плавной регулировки выходного напряжения;

- индикатор уровня выходного напряжения.

6. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Запустите программу и подготовьте модели приборов к работе.

1.1. Установите переключатель пределов измерения и рода работы магнитоэлектрического амперметра в положение 0,75 мА, а переключатель множителя шкалы – в положение х2. Эти положения переключателей соответствуют пределу измерения тока 1,5 мА.

1.2. Установите с помощью восьмидекадного переключателя сопротивление магазина сопротивлений, равным 10 кОм.

1.3. Установите тумблер переключения диапазонов УИП в положение «0-15В», а ручку плавной регулировки выходного напряжения в крайнее левое положение и включите источник.

1.4. С помощью тумблера «Сеть» включите цифровой вольтметр, после чего он перейдет в режим измерения постоянного напряжения.

2. Опробуйте расположенные на рабочем столе модели средств измерений. В процессе опробования плавно изменяйте напряжение на выходе УИП  следите за изменениями их показаний амперметра и цифрового вольтметра. Поменяйте сопротивление магазина и диапазон измерений амперметра и также проследите за изменениями показаний амперметра и вольтметра при изменении напряжения на выходе УИП.

После того, как Вы убедитесь в работоспособности приборов, уменьшите напряжение на выходе УИП до нуля. Можно приступать к выполнению работы.

В случае если хотя бы одна из моделей окажется неработоспособной, обратитесь к преподавателю.

3. Измерьте силу постоянного электрического тока, протекающего через сопротивление R., для чего:

3.1. Принимая во внимание, что внутреннее сопротивление УИП составляет 0,3 Ома, а падение напряжения на измерительном механизме магнитоэлектрического амперметра при протекании через него тока полного отклонения – 3 мВ, рассчитайте значение сопротивления R, при котором ток в цепи (рис.3.4) составит 30 мА при напряжении на выходе УИП 5 вольт.

3.2. Установите сопротивление магазина сопротивлений равным сопротивлению, рассчитанному в п.3.1.

3.3. Установите предел измерений амперметра, равным 30 мА и постепенно повышая напряжение на выходе УИП, добейтесь того, чтобы амперметр показал 30 мА.

3.4. Запишите в лабораторный журнал показания амперметра, цифрового вольтметра и магазина сопротивлений по форме, приведенной в таблице 3.1.1.

4. Увеличьте сопротивление магазина до ближайшего кратного килоому значения и запишите в журнал соответствующие показания амперметра, вольтметра и магазина. Повторяйте эти действия, увеличивая от измерения к измерению сопротивление магазина вдвое. Увеличение сопротивления надо прекратить после того, как прекратится заметное изменение показаний амперметра.

Постепенно уменьшая сопротивление магазина, определите порог чувствительности магнитоэлектрического амперметра. Соответствующие показания амперметра, вольтметра и магазина сопротивлений занесите в таблицу 3.1.1.

5. Определите погрешности прямых и косвенных измерений силы электрического тока на границах рабочего диапазона измерений магнитоэлектрического амперметра (верхняя граница совпадает с избранным верхним пределом шкалы, нижняя – составляет 1/3 от верхнего предела), результаты занесите в таблицу 3.1.1.

Таблица 3.1.1

Результаты прямых и косвенных измерений силы постоянного электрического тока с помощью магнитоэлектрического амперметра класса точности ____ (предел шкалы ____), цифрового вольтметра класса точности ____  (предел шкалы _____) и магазина сопротивлений класса точности ______

Показан. магазина сопротивлений (кОм)

Показан. амперметра, А(мА)

Абсолютная погрешность прямых  измерений тока, мА

Относитель-ная погрешность прямых  измерений тока, %

Результат прямых измерен. тока

Показан. цифр. вольтметра, В(мВ)

Абс. погр. косв. измер. тока, мА

Отн. погр. косв.   измер. тока, %

Результат косв. измерений тока

методическая

инструментальная

результирующая

методическая

инструментальная

результирующая

6. Нажмите кнопку СТОП.

7. Сохраните файл лабораторного журнала на дискете под оригинальным именем.

7. ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА

При оформлении лабораторного отчета необходимо полностью заполнить имеющуюся в распоряжении студента таблицу, находящуюся в лабораторном журнале.

Помимо заполненных таблиц в отчете должны содержаться:

- сведения о цели и порядке выполнения работы,

- данные о характеристиках использованных приборов, с указанием источника информации,

- необходимые электрические схемы,

- рассчитанные границы рабочего диапазона измерений для магнитоэлектрического амперметра,

- примеры расчетов, выполнявшихся при заполнении таблиц,

- графики зависимости абсолютной и относительной погрешностей прямых и косвенных измерений силы тока от показаний измерительных приборов,

- выводы по результатам проделанной работы.

8. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

 1. Какой электромеханический механизм предназначен только для измерений в цепях постоянного тока?

2. Каковы достоинства магнитоэлектрических приборов?

3. Когда удобно при измерениях использовать метод непосредственной оценки?

4. Как определить значение допускаемой абсолютной погрешности по классу точности показывающего прибора?

5. Чем определяется относительная погрешность косвенного измерения постоянного тока при помощи резистора и вольтметра?

6. Каковы достоинства косвенного метода измерения постоянного тока?

7. Как уменьшить методическую погрешность измерения постоянного тока при помощи резистора и вольтметра?

8. Когда при измерении постоянного тока амперметром используются наружные шунты?

9. Как определить род постоянного тока?

10. Можно ли устранить инструментальную погрешность, вычисленную по классу точности прибора, введением поправки?

11.  В каком диапазоне лежат значения токов полного отклонения магнитоэлектрических механизмов?

12.В каком случае инструментальная погрешность может быть исключена введением поправки?

13. Какой диапазон значений постоянного тока доступен измерениям при помощи магнитоэлектрических приборов без использования наружных шунтов?

14. Почему при точных измерениях тока косвенным методом с использованием образцового резистора не рекомендуется применять для измерения напряжения магнитоэлектрический вольтметр?

15. В каком диапазоне лежат классы точности магнитоэлектрических приборов?

16. Для температурной компенсации последовательно с рамкой магнитоэлектрического механизма включают резистор. Из какого материала он изготавливается? 

ИМ

U

Рис. 3.1.1

I

Магазин сопротивлений

Цифровой

вольтметр

+

УИП

R

ИМ

+

Рис. 3.1.3 Схема электрического соединения приборов при выполнении работы


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

18828. ІНФЛЯЦІЯ ТА ГРОШОВІ РЕФОРМИ 129.5 KB
  Тема 6 ІНФЛЯЦІЯ ТА ГРОШОВІ РЕФОРМИ 1. Загальна характеристика інфляції 2. Соціальноекономічні наслідки інфляції 3. Державне регулювання інфляції 4. Грошові реформи 1. Загальна характеристика інфляції Суть інфляції. Інфляція це знецінення нерозмінних на золот...
18829. КРЕДИТ У РИНКОВІЙ ЕКОНОМІЦІ. Розвиток кредитних відносин у перехідній економіці України 449.52 KB
  Конспект лекцій з дисципліни Гроші та кредит Тема 7 КРЕДИТ У РИНКОВІЙ ЕКОНОМІЦІ 1. Необхідність кредиту 2. Суть кредиту 3. Функції і роль кредиту. 4. Форми та види кредиту 5. Розвиток кредитних відносин у перехідній економіці України. 1. Необхід...
18830. Фінансові посередники грошового ринку 377 KB
  Тема 8 Фінансові посередники грошового ринку. 1. Суть призначення та види фінансового посередництва. 2. Банки як суб’єкти фінансового посередництва. 3. Банківська система: сутність принципи побудови та функції. 4. Небанківські фінансовокредитні установи. ...
18831. Центральні банки. Призначення статус та основи організації ЦБ 675.5 KB
  Тема 9 Центральні банки Призначення статус та основи організації ЦБ Основні напрями діяльності ЦБ Походження та розвиток ЦБ Становлення ЦБ в Україні Головне призначення центрального банку це управління грошовим оборотом з метою забезпеч
18832. Комерційні банки 268 KB
  Тема 10 Комерційні банки. 1. Поняття призначення та класифікація комерційних банків. 2. Походження та розвиток комерційних банків. 3. Основи організації та специфіка діяльності окремих видів комерційних банків. 4. Активні та пасивні операції комерційних банків. 5. Р...
18833. Валютний ринок і валютні системи 552 KB
  Тема 11: Валютний ринок і валютні системи. Сутність валюти та валютних відносин. Конвертованість валюти. Валютний ринок. Види операцій на валютному ринку. Валютний курс. Валютні системи та валютна політика. Платіжний баланс. Світова валютна система ...
18834. Міжнародні валютно-кредитні установи та форми їх співробітництва з Україною 141.5 KB
  ТЕМА 12 : Міжнародні валютнокредитні установи та форми їх співробітництва з Україною МВФ і його діяльність в Україні 2 Світовий банк 3 Регіональні міжнародні кредитнофінансові інституції 4.Європейськийбанк реконструкції та розвитку 5. Банк міжнарод...
18835. Расчет схемы по постоянному току 146.77 KB
  Расчет схемы по постоянному току. Режим работы схемы по постоянному току определяется элементами: RК RЭ EК EЭ и характеристиками транзистора VT. Запишем уравнения Кирхгофа для выходной цепи: Уравнение 1 представляет собой уравнение прямой которую называют наг...
18836. Расчет по переменному току 269.85 KB
  Расчет по переменному току. Принципиальная схема усилителя имеет вид приведенный на Рис. 3.4.. Рис. 3.4 принципиальная схема усилителя с ОБ. Разделительные конденсаторы СР1 и СР2 нужны для того чтобы: 1 источник входного сигнала и нагрузка не изменяли режим работы тр...