Главная Обратная связь

Дисциплины:






Электрические измерения и методика обработки экспериментальных данных



 

1.1. Цель работы

 

Ознакомиться с устройством стендов ЛЭС-5, СОЭ-1 и БИС и их измерительных приборов. Изучить способы основных электрических измерений напряжения, тока, сопротивления и мощности, освоить методику обработки результатов измерений.

 

1.2. Задание по работе

 

1. Ознакомиться с электрооборудованием стендов ЛЭС-5, СОЭ-1 и БИС.

2. Изучить устройство магнитоэлектрических, электромагнитных и электродинамических измерительных приборов.

3. Освоить практическую методику прямых и косвенных измерений электрических величин.

4. Зная паспортные данные используемых приборов, оценить точность возможных измерений.

5. Используя полученные экспериментальные данные, рассчитать параметры отдельных элементов стенда ЛЭС-5.

6. Освоить методику и построить заданные в работе графики изменения электрических величин.

 

1.3. Основные теоретические положения

 

При изучении принципов работы измерительных приборов стенда ЛЭС-5 и СОЭ-1 следует знать, что электромеханические измерительные приборы состоят из электромагнитного устройства той или иной системы и измерительного преобразователя. В частности, для вольтметров и амперметров преобразователями являются добавочные резисторы и шунты.

Приборы магнитоэлектрической системы предназначены для измерения тока и напряжения в цепях постоянного тока. Они измеряют среднее значение электрической величины.

Принцип действия магнитоэлектрических приборов основан на взаимодействии магнитного поля постоянного магнита с измеряемым током, который протекает по виткам подвижной катушки. Вращающий момент, возникающий при этом, пропорционален измеряемому току и индукции магнитного поля. Повороту рамки противодействует момент, создаваемый спиральными пружинами, который пропорционален их углу закручивания. Установившееся положение подвижной части определяет равенство вращающего и противодействующего моментов, а угол ее отклонения соответствует току, протекающему по катушке приборов.

Приборы электромагнитной системы предназначены для измерения тока и напряжения как в цепях постоянного, так и переменного токов. Они измеряют действующее значение электрических величин. Эти приборы состоят из неподвижной катушки, по виткам которой протекает измеряемый ток, и сердечника, выполненного из ферромагнитного материала. Под воздействием магнитного поля катушки сердечник втягивается в нее, что вызывает поворот стрелки прибора. Перемещению сердечника противодействуют спиральные пружины.

Принцип работы электродинамических приборов основан на взаимодействии магнитных полей двух токов, протекающих в различных катушках. Одна из этих катушек неподвижна, а вторая расположена внутри первой и вращается на оси.



В подвижную катушку ток подводится через спиральные пружины, которые одновременно служат для создания противодействующего момента.

Электродинамические приборы служат для измерения тока, напряжения и мощности в цепях постоянного и переменного тока.

Учитывая специфику взаимодействия подвижной и неподвижной систем измерительных приборов, зависимость между углом поворота стрелки и измеряемой величины носит различный характер (табл. 1.1).

В зависимости от системы прибора их шкалы могут быть либо линейными, либо нелинейными (равномерными и неравномерными).

 

Таблица 1.1

Уравнения шкал приборов различных систем

 

С и с т е м а Уравнение шкалы
Магнитоэлектрическая L = Si×Io; L = Su×Uo
Электромагнитная L = Si×I2; L = Su×U2
Электродинамическая и ферродинамическая L = Si×Il×I2×cosj

 

В этих уравнениях: L - линейное (угловое) перемещение указателя (стрелки);

Si - коэффициент чувствительности по току;

Su - коэффициент чувствительности по напряжению;

I0, U0 - постоянные составляющие тока и напряжения;

I, U - действующие (среднеквадратическое) значения тока и напряжения;

I1, I2 - действующее значение токов в первой и второй катушках механизма;

j - фазовый сдвиг между токами в катушках.

Измеренные значения тока, напряжения и мощности определяются по формуле

, (1.1)

 

где a - показания по шкале прибора;

С - цена деления.

Цена деления амперметра и вольтметра находятся из выражения

 

, (1.2)

 

где АК - установленный предел измерения тока или напряжения;

N - число делений всей шкалы.

Цена деления ваттметра определяется по формуле

 

, (1.3)

 

где UK , IK - выбранные пределы измерения по напряжению, току.

Паспортные данные измерительных приборов обычно приводятся на их шкалах. Расшифровка этих данных приведена в табл.1.2.

Пользуясь различными измерительными приборами, следует помнить, что измерения разделяют на прямые и косвенные.

Прямые измерения – это такие, когда результат измерения непосредственно дает искомое значение исследуемой величины. Например, измерение напряжения в электрических цепях вольтметром. К косвенным относят такие измерения, когда искомую величину определяют исходя из результата нескольких прямых измерений других физических величин, на основе известных функциональных зависимостей.

Например, измерение сопротивления и мощности в цепи с помощью амперметра и вольтметра. Точность измерения характеризуется возможными погрешностями, которые подразделяются на относительные и абсолютные, основные и дополнительные.

Абсолютная погрешность измерения

 

, (1.4)

 

где А - результат измерения;

А0 - истинное значение измеряемой величины.

Относительная погрешность измерения

 

. (1.5)

Относительную погрешность часто выражают в процентах, т.е. в этих формулах следует ввести множитель (х100%). При прямых измерениях относительную погрешность определяют по классу точности прибора.

Класс точности - характеристика прибора, определяемая пределами допускаемых основных и дополнительных погрешностей. Дополнительная погрешность возникает при условиях отличных от нормальных.

Классы точности приборов условно обозначаются числами из ряда (0,5; 1; 1,5; 2; 2,5; 4; 5; 6)*10n, где n целое число, выбираемое из ряда n £ 0 (ГОСТ 13600-68).

Чаще всего класс точности обозначен на шкале прибора числом К. В этом случае предел допустимой основной погрешности определяется формулой

 

, (1.6)

 

Следует помнить, что, используя многопредельные электроизмерительные приборы, предел измерения следует выбирать, переходя от максимального значения к необходимому, при котором стрелка прибора будет отклоняться на максимально возможный угол. При этом измерение будет выполняться с наименьшей относительной погрешностью.

 


 

Таблица 1.2

Условные обозначения на шкалах

измерительных приборов

 

Магнитоэлектрический прибор с подвижной рамкой
Магнитоэлектрический прибор с подвижным магнитом
Электромагнитный прибор
Электромагнитный поляризованный прибор
Электродинамический прибор
Ферродинамический прибор
Индукционный прибор
Электростатический прибор

 

Погрешности косвенных измерений определяются, исходя из следующих положений.

Пусть измеряемая величина y связана с величинами х1, х2, ..., хn, измеряемыми прямым способом, зависимостью

у = f(x1, x2, ...,xn). (1.7)

Абсолютная погрешность измерения величины y вычисляется по формуле

 

, (1.8)

 

где Dхi - абсолютная погрешность прямых измерений, определяемых по классу точности приборов.

 

 

Относительная погрешность рассчитывается по формуле

 

. (1.9)

 

При построении графиков по экспериментальным данным можно пользоваться простым способом, представленным на рис.1.1.

Экспериментальные точки с координатами х, у при выбранных масштабах по осям Ох и Оу наносятся на лист бумаги. Далее они «мысленно» соединяются отрезками прямых линий, и после этого проводится кривая таким образом, чтобы выполнялось равенство

 

, (1.10)

 

где Si и Si¢ - площади между проведенной кривой и ломаной линией выше и ниже кривой.

 

 

1.4. Порядок выполнения работы и обработки

результатов измерений.

 

1. По заданию преподавателя запишите в виде таблицы характеристики измерительных приборов стенда: назначение прибора; система; заводской номер; класс точности; пределы измерений; внутреннее сопротивление; диапазоны рабочих частот; шкала прибора; цена делений.

 

 

Рис.1.1. Построение графика по

экспериментальным точкам

 

2. Включите стенд и проведите измерения напряжений источников питания стенда U1, U2, U3. Вычислите погрешности измерений.

Результаты измерений занесите в табл. 1.3.

 

Таблица 1.3

Результаты измерений напряжений

 

Напряжения источника питания, В Предел измерения, ПИ Измеренное значение Цена деления Класс точности Абсолютная погрешность Относительная погрешность, %
U1            
U2            
U3            

 

3. Соберите схему, изображенную на рис.1.2. В качестве Rx берутся сопротивления вначале R3 , а затем R4.

Снимите показания приборов в 2-х опытах и занесите их в табл.1.4.

Используя законы Ома и Кирхгофа, вычислите неизвестные величины RХ и внутреннее сопротивление R0 источника U3.

Вычислите прямую и косвенную погрешности.

Рис.1.2. Схема измерения сопротивлений

косвенным методом


 

Таблица 1.4

Результаты измерений сопротивлений

 

Сопротивления Измерено Вычислено
I ПИ U ПИ DI dI DU dU RX dRX DRX R0
R3                        
R4                        

 

4. Соберите схему в соответствии с рис.1.3 для измерения тока, напряжения и мощности.

 

 

Рис.1.3. Схема для измерения тока, напряжения и

мощности в цепи переменного тока

 

Установите ручку регулирования напряжения на ЛАТРе в нулевое положение. Подключить собранную схему к источнику переменного напряжения.

С помощью ЛАТРа, изменяя величину тока в цепи от минимального значения 0,2 А до максимального 1 А, снимите показания приборов в пяти точках и занесите их в табл.1.5.

Проведите необходимые вычисления и также занесите их в ту же таблицу.

Постройте графики зависимостей U = f(I); P = f(I).


 

Таблица 1.5

Измеренные и вычисленные значения мощности,

тока и напряжения

 

Измерено Вычислено
Прямые измерения Косвенные измерения
I ПИ U ПИ P ПИ DI dI DU dU DP dP P dPК DPК
                             

 

5. При расчете неизвестных величин в табл.1.3, 1.4, 1.5 можно использовать следующие зависимости:

- относительная погрешность прямого измерения

 

dА = DАИИ , (1.11)

 

где И - абсолютная погрешность прибора определяется классом точности; АИ - результат измерения;

- относительная погрешность при косвенном измерении мощности и сопротивления рассчитывается по формуле

 

, (1.12)

где UИ и IИ - показания вольтметра и амперметра;

DUИ и DIИ - абсолютные погрешности прямых измерений.

Абсолютные погрешности при этом равны

, (1.13)

 

где РИ и RИ - измеренные значения мощности и сопротивления.

Внутреннее сопротивление Rо определяется на основании 2-го закона Кирхгофа. В результате

, (1.14)

где U3 и U4 - значения соответствующих напряжений;

I3 и I4 - значения токов, полученные при измерении сопротивлений R3 и R4.


 

Контрольные вопросы

 

1. Как устроены измерительные приборы магнитоэлектрической, электромагнитной и электродинамической систем?

2. Что такое класс точности прибора и как он обозначается?

3. Как найти абсолютную погрешность прямого измерения напряжения, тока и мощности?

4. Как найти относительную погрешность измерения?

5. Как найти цену деления амперметра, ваттметра и вольтметра?

6. Что такое косвенное измерение?

7. Выведите формулы для вычисления абсолютных и относительных погрешностей косвенных измерений сопротивлений и мощностей?

8. Как определить косвенным методом значение сопротивления?

9. Как определить значение мощности, измеренное косвенным методом в схеме рис.1.2?

10. Как построить график по экспериментальным данным?

 

Литература [1, с.262-303; 2, с.190-222; 3, с.338-356]

E:\DOC - 0\TEPL\электротехника электроника\last_пособие\пособие_3.doc

E:\DOC - 0\TEPL\электротехника электроника\last_пособие\пособие_5.doc


E:\DOC - 0\TEPL\электротехника электроника\last_пособие\пособие_8.doc




E:\DOC - 0\TEPL\электротехника электроника\last_пособие\пособие_13.doc

E:\DOC - 0\TEPL\электротехника электроника\last_пособие\пособие_15.doc

E:\DOC - 0\TEPL\электротехника электроника\last_пособие\пособие_заключ.doc

 





sdamzavas.net - 2017 год. Все права принадлежат их авторам! В случае нарушение авторского права, обращайтесь по форме обратной связи...