70852

Измерение мощности постоянного электрического тока

Лабораторная работа

Физика

Ознакомление со способом измерения мощности постоянного тока при помощи амперметра и вольтметра. Ознакомьтесь с косвенными измерениями мощности при помощи амперметра и вольтметра.

Русский

2014-10-28

521 KB

17 чел.

10

А

Рис. 3.2.1. Различные схемы включения амперметра и вольтметра для измерения мощности

А

Б)

I

+

_

В

А)

I

+

_

В

 

Магазин

сопротивлений

ключ

2

1

Рис.3.2.3 Схема электрического соединения приборов при выполнении работы

+

В

 УИП

А

РАБОТА №3.2. Измерение мощности

постоянного электрического тока

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Ознакомление со способом измерения мощности постоянного тока при помощи амперметра и вольтметра. Получение сведений о способах учета погрешностей измерений в этом случае.

2. ЗАДАНИЕ ДЛЯ ДОМАШНЕЙ ПОДГОТОВКИ

1. Ознакомьтесь с устройством,  принципом действия  и основными особенностями электродинамических и ферродинамических ваттметров.

2. Ознакомьтесь с устройством,  принципом действия  и основными особенностями цифровых ваттметров.

3. Ознакомьтесь с косвенными измерениями мощности при помощи амперметра и вольтметра. Изучите схемы включения, расчетные формулы для определения мощности и ее погрешности.

2. СВЕДЕНИЯ, НЕОБХОДИМЫЕ

ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Измерение мощности в цепях постоянного и переменного тока производится электродинамическими и ферродинамическими ваттметрами, кроме того, используются цифровые ваттметры, в которых для нахождения мощности реализована функция перемножения векторов тока и напряжения. В лабораторных условиях электродинамические ваттметры до сих пор используются чаще других, они выпускаются в виде переносных многопредельных приборов с классом точности 0,1–0,5. Изменение пределов измерения достигается коммутацией секций токовой катушки и подключением добавочных резисторов различного номинала.

В отсутствии электродинамических ваттметров удобно при необходимости измерять мощность постоянного тока косвенно – при помощи амперметра и вольтметра. В этом случае для нахождения искомого значения мощности P результаты измерения тока I и напряжения U перемножают в соответствии с формулой P=IU. Возможны две схемы включения приборов (рис.3.2.1.А и 3.2.1.Б). При измерениях следует учитывать методическую погрешность, обусловленную влиянием на результат сопротивления вольтметра и/или амперметра. В схеме, представленной на рис.3.2.1.А, амперметр измеряет не ток нагрузки, а сумму токов нагрузки и вольтметра, в схеме, представленной на рис.3.2.1.Б – показания вольтметра определяются не падением напряжения на нагрузке, а суммой падений напряжения на нагрузке и амперметре. Следовательно, в обоих случаях мощность, вычисленная на основании показаний амперметра и вольтметра, будет отличаться от действительного значения . Первую схему лучше использовать, если , вторую – если , где – сопротивление нагрузки, а  и  – внутреннее сопротивление вольтметра и амперметра соответственно.

При выполнении косвенных измерений мощности в соответствии с описанной выше процедурой абсолютная методическая погрешность измерений вычисляется по формуле:

,   (3.2.1)

в случае, изображенном на рис.3.5.А и по формуле:

,     (3.2.2)

во втором случае.

Косвенные измерения мощности постоянного тока методом амперметра и вольтметра проводят, используя магнитоэлектрические приборы. Инструментальная погрешность этих приборов определяется классом точности и лежит, как уже указывалось, в пределах от 0,05 до 2,5.

Результирующая относительная инструментальная погрешность косвенных измерений мощности электрического тока определяется по формуле:

.    (3.2.3)

Напомним, что при наличии двух независимых источников погрешности: методической  и инструментальной , результирующая погрешность вычисляется по формуле 3.1.3.

3. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА

Лабораторный стенд представляет собой персональный компьютер, на рабочем столе которого расположены 2 модели магнитоэлектрического ампервольтметра, универсального источника питания (УИП) и магазина сопротивлений (рис. 3.2.2).

Электрические схемы включения приборов при выполнении измерений аналогичны схемам, приведенным на рис. 3.2.1. А и Б. Переход от одной схемы к другой производится при помощи ключа (рис. 3.2.3).

При выполнении работы манипуляция органами управления средствами измерений и других устройств осуществляется с помощью мыши в таком же порядке, как это предусмотрено при работе с реальными приборами и устройствами.

Рис. 3.2.2. Вид экрана лабораторного стенда при проведении работы №3.2.

Предел допустимой основной погрешности на всех диапазонах измерений магнитоэлектрического вольтамперметра составляет 0,5%.

Внутреннее сопротивление вольтамперметра в режиме амперметра составляет 0,1 Ом, а в режиме вольтметра – 30 кОм.

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

,   (3.2.4)

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

Внутреннее сопротивление УИП не превышает 0,3 Ом.

4. 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 №2 «Измерение мощности 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 переключателя пределов измерения и рода работы (ток или напряжение);

- ручка переключателя множителя шкалы;

- клеммные зажимы входов прибора.

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.

5. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Подготовьте модели приборов к работе, для чего:

1.1. С помощью переключателя рода работ включите расположенный слева магнитоэлектрический вольтамперметр в режиме вольтметра, а расположенный справа -  в режиме амперметра.

1.2. С помощью переключателей диапазонов установите предел шкалы амперметра 1,5А, а предел шкалы вольтметра 30В.

1.3. Установите переключатель диапазонов УИП в положение «0–15В», а ручку плавной регулировки выходного напряжения в крайнее левое положение.

1.4. Установите сопротивление магазина, равным 1кОм.

1.5. Переведите ключ в положение 1 (при этом электроизмерительные приборы соединены по схеме, изображенной на рис.3.2.1.Б).

2. Опробуйте расположенные на рабочем столе модели средств измерений. В процессе опробования плавно изменяйте напряжение на выходе УИП и сопротивление магазина и, изменяя диапазон измерений амперметра и вольтметра, следите за изменениями их показаний. 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. Проведите косвенное измерение мощности постоянного электрического тока для случая, когда измерительные приборы включены по схеме, изображенной на рис.3.2.1.А.

3.1. С помощью переключателя пределов установите предел измерений магнитоэлектрического вольтметра равным 7,5В, а предел измерений магнитоэлектрического амперметра равным 750мА.

3.2.Установите сопротивление нагрузки, равным 10 Ом.

3.3. Установите ключ выбора схемы включения в положение 1.

3.4. Плавно повышая напряжение на выходе УИП, добейтесь того, чтобы показания амперметра установились в диапазоне 400–500мА.

Снимите показания вольтметра и амперметра. Откройте на рабочем столе лабораторный журнал и запишите в него показания амперметра и вольтметра по форме, приведенной в таблице 3.2.1.

4. Проведите косвенное измерение мощности постоянного электрического тока для случая, когда измерительные приборы включены по схеме, изображенной на рис.3.2.1.Б.

Для этого переключите ключ в положение 2, и снова снимите показания вольтметра и амперметра и запишите показания в таблицу.

5. Не меняя напряжения на выходе УИП, увеличивайте сопротивление, устанавливая следующие значения: 100 Ом, 1 кОм, 10 кОм, 100 кОм. При каждом установленном значении сопротивления снимите при двух положениях ключа показания вольтметра и амперметра и запишите их в таблицу, как указывалось выше. Причем в каждом случае выбирайте такие пределы измерений вольтметра и амперметра, чтобы показания попадали в рабочий диапазон измерений, который для этих приборов совпадает с верхними 2/3 шкалы.

Таблица 3.2.1

Измерение мощности постоянного тока с помощью магнитоэлектрического амперметра (предел шкалы ____) и вольтметра (предел шкалы _____) классов 0,5

Схема включения

приборов (А или Б)

Показания ампер-метра, А(мА)

Показания вольт-метра, В(мВ)

Абсолютная погрешность измерений

Относительная погрешность измерений, %

Результат измерений мощности,  Вт(мВт).

тока, (мА)

напряжения, (мВ)

мощности, (мВт)

тока

напряжения

мощности

Полученные значения заносите в лабораторный журнал.

6. Нажмите кнопку СТОП.

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

6. ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА

При оформлении лабораторного отчета необходимо полностью заполнить все ячейки таблицы, находящиеся лабораторном журнале.

Помимо заполненной таблицы в отчете должны содержаться:

- сведения о цели и порядке выполнения работы,

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

- электрические схемы,

- примеры расчетов, выполнявшихся при заполнении таблицы,

- графики зависимости абсолютной и относительной погрешности измерений мощности от сопротивления при различных схемах включения,

- выводы по результатам проделанной работы.

7. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какие электромеханические механизмы используются для построения ваттметров постоянного тока?

2. Какая область значений мощности постоянного тока доступна для измерения электромеханическими приборами?

3. Какие классы точности имеют электродинамические ваттметры постоянного тока?

4. В каком случае удобно применять электродинамические ваттметры?

5. Некоторые из зажимов ваттметра помечены звездочкой *. С какой целью это сделано?

6. Каким образом обычно изменяют пределы измерения электродинамических ваттметров?

7. Какую погрешность необходимо учитывать при  косвенном измерении мощности постоянного тока?

8. Какой из перечисленных измерительных механизмов используется для построения ваттметров?

9. Какова функция преобразования электродинамического ваттметра?

10. Какие значения тока и напряжения входят в формулу для мощности переменного тока ?

11. Электродинамический ваттметр имеет класс точности 0,5  и шкалу от 0 до 100 Вт. Какова максимальная допускаемая относительная  погрешность измерения мощности при положении стрелки на отметке 50 Вт ?

12. Какими приборами обычно являются ваттметры?

13. В каком диапазоне частот можно использовать электродинамический ваттметр?

14. Каковы сравнительные точностные характеристики электродинамических и ферродинамических ваттметров?

15. Что можно отнести к существенным достоинствам ферродинамических ваттметров?


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

60919. Складання плану уроку виробничого навчання 50.5 KB
  Обладнання: плануюча документація майстра виробничого навчання методичний посібник Школа молодого майстра1 інструкція Підготовка майстра виробничого навчання до уроку додаток...
60926. Имя прилагательное 141 KB
  Цель: закреплять написание слов из словаря. Что общего у этих слов Какая для этих слов общая непроверяемая гласная Какое задание я вам хочу предложить Верно мы будем упражняться в написании слов из словаря. Запиши словарные слова из кроссворда в столбик по памяти.