СОДЕРЖАНИЕ
Стр.
1. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N 1.
ПОВЕРКА ТЕХНИЧЕСКОГО АМПЕРМЕТРА МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ
СИСТЕМЫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N 2.
ПОВЕРКА ВОЛЬТМЕТРА МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ . . . . . 7
3. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N 3.
ПОВЕРКА ВАТТМЕТРА ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ . . . . . . 9
4. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N 4.
ПОВЕРКА ОДНОФАЗНОГО СЧЕТЧИКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
ИНДУКЦИОННОЙ СИСТЕМЫ . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
5. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N 5.
РАСШИРЕНИЕ ПРЕДЕЛОВ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЕРМЕТРА . . . . . . . . 20
6. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N 6.
РАСШИРЕНИЕ ПРЕДЕЛОВ ИЗМЕРЕНИЯ ВОЛЬТМЕТРОВ . . . . . . . 23
7. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N 7.
ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЙ КОСВЕННЫМ МЕТОДОМ . . . . . . . 25
8. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N 8.
ИЗМЕРЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ COSj ПРИ РАЗЛИЧНЫХ
ВИДАХ НАГРУЗОК . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
9. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N 9.
ИЗМЕРЕНИЕ ИНДУКТИВНОСТИ КОСВЕННЫМ ПУТЕМ . . . . . . . . 35
10. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N 10.
ИЗМЕРЕНИЕ АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В 3-х ФАЗНЫХ ЦЕПЯХ . . . . 38
11. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N 11.
ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ И ТОКОВ И ЧАСТОТ ПРИ ПОМОЩИ
ЭЛЕКТРОННОГО ОСЦИЛЛОГРАФА . . . . . . . . . . . . . . . 41
1. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N1
ПОВЕРКА ТЕХНИЧЕСКОГО АМПЕРМЕТРА МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ
СИСТЕМЫ
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.
1.2. Основные теоретические положения.
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:
D Х = Хп - Хд,
где Хп (показания прибора ИП) и Хд (показания прибора А2)- соответственно показание прибора и действительное значение измеряемой величины;
б) относительную погрешность средства измерения, часто выражаемую в процентах:
D Х
g О = ----- 100%,
Хд
где D Х - абсолютная погрешность.
Для оценки многих средств измерений широко применяется приведенная погрешность, выражаемая в процентах:
D Х
g О.П. = ------ 100%,
Хн.з.
где Хн.з. - 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:
Мвр.= Y I,
где YО - постоянная прибора, зависящая от числа витков и площади обмотки и от индукции в зазоре.
Противодействующий момент:
Мпр.= W a ,
где W - удельный противодействующий момент пружины.
Уравнение шкалы прибора:
Y О
a = ------- I = SI I ,
W
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.
1.3. Проведение опыта.
1.3.1. Соберите схему рис. 1.1.
Рис. 1.1.
мультиметр - контрольный амперметр,
А2 - поверяемый прибор.
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).
1.3.5. Изменяйте переключателем ЛАТРа величину напряжения, (величина контролируется вольтметром V2) до получения величины измеряемого тока, дальнейшее увеличение тока осуществляется плавно с помощью переменного резистора R13.
1.3.6. Сделайте необходимое для расчетов количество замеров.
1.3.7. По окончании работы верните все аппараты в исходное состояние.
1.4. Обработка результатов опыта.
1.4.1. Вычислить по результатам измерения абсолютную погрешность в нескольких точках шкалы поверяемого амперметра.
1.4.2. Вычислить приведенную погрешность поверяемого амперметра.
1.4.3. Определить класс точности поверяемого амперметра и сравнить его с классом точности, нанесенного на шкале поверяемого амперметра.
1.5.Вопросы для самопроверки.
1.5.1. Каким должно быть соотношение классов точности образцового и поверяемого амперметров?
1.5.2. На шкале измерительного прибора имеется обозначение 1,0. Что это значит?
1.5.3. Что понимается под поверкой средств измерений?
1.5.4. Прибор какого класса точности следует выбрать для поверки амперметра класса 1,5; 2,5?
1.5.5. Возможно ли проведение поверки амперметра класса 1,5 с помощью амперметра класса 0,2?
1.5.6. Напишите уравнение шкалы приборов магнитоэлектрической системы.
Таблица 1
| п/п | Наименование | Система прибора | Класс точности | Пределы измерений | Цена деления |
| 1. | Миллиасперметр (А2) |
2. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N2
ИНДУКЦИОННОЙ СИСТЕМЫ
4.1.Цель работы.
4.1.1. Изучить схему поверки однофазного счетчика по методу раздельных цепей напряжения и тока, а также ознакомиться с работой счетного механизма.
4.1.2. Найти действительную постоянную счетчика и его погрешность при различных нагрузках;
4.1.3. Определить порог чувствительности счетчика и отсутствие самохода.
4.2.Основные теоретические положения.
Однофазные счетчики активной энергии - индукционные интегрирующие устройства для учета электрической энергии в цепях переменного тока с частотой 50Гц. На лицевой панели счетчика указываются номинальное напряжение и диапазон токов с нижней границей - номинальным током и верхней - максимальным током, до которого сохраняется необходимая точность счетчика. Учет электрической энергии выполняет роликовый счетный механизм, приводимый в движение через систему передач от оси счетчика, на которой укреплен алюминиевый диск, вращающийся при включенных приемниках. Электрическая энергия за некоторый промежуток времени определяется разностью отсчетов по счетному механизму в конце и начале данного отрезка времени. Каждой единице, зарегистрированной электрической энергии в соответствии со значением передаточного числа зубчатых передач между счетным механизмом и осью счетчика, отвечает определенное число оборотов Nном., называемое передаточным числом счетного механизма, которое нанесено на табличку счетчика в виде надписи: "1 кВт.ч - Nном. оборотов диска.
Электрическая энергия Сном., зарегистрированная счетчиком за один оборот диска, называется номинальной постоянной счетчика. Если эта энергия измерена в Вт.с/об ,то связь ее с передаточным числом Nном. счетного механизма определяется формулой:
Сном. = 3600*1000/Nном.
Измерительный механизм счетчика представляет собой, магнитную систему из двух электромагнитов переменного тока с магнитопроводами из листов электротехнической стали и неподвижными обмотками на них. Одна из них (параллельная) состоит из большого числа витков тонкого провода и включается на напряжение сети. Другая - последовательная - имеет малое число витков толстого провода и соединяется последовательно с приемниками.
Переменные токи двух обмоток возбуждают магнитные потоки, пропорциональные соответственно U и I, которые сдвинуты по фазе и не совпадают в пространстве. В результате этого возбуждается бегущее магнитное поле, которое наводит в диске соответствующие э.д.с. и вихревые токи. Эти токи взаимодействуют с бегущим магнитным полем и вовлекают диск в непрерывное вращение.
Мвр. = К1 U I cos j ,
Где К1 - коэффициент, зависящий от конструкции элементов счетчика;
U - напряжение на зажимах параллельной обмотки;
I - ток последовательной обмотки счетчика;
cos j - коэффициент мощности нагрузки.
Тормозной момент создает постоянный магнит:
Мт = К2 N,
где К2 - коэффициент пропорциональности;
N - частота вращения счетчика.
Приравняв Мвр = Мт, получим:
U I cos j = С N ,
где - С = К2/К1.
Но U I cos j = Р, следовательно Р = С N.
Электрическая энергия W за время t будет:
t t
W = ò р dt = С ò N dt = С N,
0 0
где N - число оборотов диска за время t .
Отношение С = W/N - представляющее собой энергию за время одного полного оборота диска, называют действительной постоянной счетчика электрической энергии.
Отклонение действительной постоянной С счетчика, от его номинальной постоянной Сном. характеризуется относительной погрешностью:
g 0 = ( W ном. - W )/ W ,
где W - действительное значение электрической энергии за время t, определенная по показаниям образцовых приборов;
Wном. - значение электрической энергии по показаниям поверяемого счетчика за то же время, подсчитанное по формуле:
W = Сном.* N,
где N - число оборотов диска за время t.
Для однофазных счетчиков активной энергии класса 2,5 при cosj = 1 и токе от 10 до 20% Iном. относительная погрешность не должна превышать +3,5%.
Если коэффициент мощности нагрузки 0,5 £ cosj £ 1 при f ³ 0, а ток изменяется от 20% Iном. до его максимального значения включительно, то относительная погрешность может достигать значения:
g 0 = ± (5,5 ...3cos j )%.
Поверка правильности показаний счетчика проводится по контрольному вольтметру и амперметру, образцовому ваттметру и секундомеру с определением частоты вращения диска, для чего определяют полное число оборотов его за время не менее 50с.
Одновременно находят порог чувствительности счетчика:
I мин.
S = ------- 100%,
I ном.
где Iмин. - номинальный ток при cos j = 1, когда диск счетчика приходит в безостановочное вращение;
Iном. - номинальный ток по данным таблички счетчика.
Порог чувствительности счетчиков класса 2,5% должен быть не более 1% при номинальном напряжении.
В неправильно отрегулированных счетчиках под действием напряжения на зажимах параллельной цепи и при Iном = 0 в последовательной цепи может наблюдаться непрерывное вращение диска - самоход счетчика. При правильной регулировке самоход должен отсутствовать.
4.3.Проведение опыта.
4.3.1. При проверке счетчика класса 2,5 контрольные приборы - вольтметр и амперметр - принимают того же класса 2,5; и образцовый ваттметр тоже класса не хуже 2,5. Время, отвечающее выбранным полным числам оборотов диска счетчика, определяют с помощью секундомера.
4.3.2. Определить номинальную постоянную счетчика по его паспортным данным. Например, если на щитке счетчика указано: 1 кВт*ч = 2400 об., т.е.
1 кВт*ч = 1000 Вт*60м*60с = 3600000 Вт*с и Nном. = 2400 об., следовательно,
36000000 Вт*с
Сн = ---------- = 1500 ------.
2400 об
4.3.3. Собрать схему рис. 4.1.а с разделенными цепями тока и напряжения для нагрузок до 25% от номинальной и рис.4.1.б для нагрузок более 25%.
4.3.4. Определить основную погрешность счетчика в зависимости от нагрузки при cosj = 1.
4.3.4.1. Установить напряжение Uн, ток Iн и cosj = 1.
4.3.4.2. При постоянном значении напряжения, равном Uн, установить ток, равный 10%, 25%, 50%, 100% от номинального. Измерить потребляемую нагрузкой мощность и время 10 оборотов диска на счетчике. Данные измерений записать в табл. 4.1.
Таблица 4.1.
| Опытные данные | Расчетные значения | ||||||
| N | Uн,В | I,A | P,Вт | N,об | t,c | Cн, Вт*с/об | Cд, Вт*с/об |
Рис. 4.1.а.
Рис. 4.1.б.
4.3.4.3. Для нагрузки НЕ1-НЕ3 определить действительную постоянную счетчика (во время проведения опыта и не менее 5 мин после него не прикасаться к поверхности ламп – во избежание ожогов ):
Сд = Рt/N,
где Р - мощность в Вт, устанавливаемая по образцовому ваттметру;
N - число оборотов диска за время t.
4.3.4.4. Определить относительную погрешность счетчика для каждого значения тока нагрузки по формуле:
W ном. - W
g 0 = ---------- 100%
W
4.3.5. Проверить отсутствие самохода счетчика.
4.3.6. Определить порог чувствительности счетчика. (См. Рис. 4.2.). Величина тока нагрузки изменяется путем шунтирования резистора Rд и при необходимости шунтированием звеньев в цепи резисторов R4 – R9.
Рис. 4.2.
4.4. Обработка результатов опыта.
4.4.1. Определить погрешность счетчика при различных нагрузках;
4.4.1. Построить зависимость относительной погрешности счетчика от нагрузки g0 = f(Iн);
4.4.3. Проверить отсутствие самохода;
4.4.4. Определить порог чувствительности счетчика.
4.5. Вопросы для самопроверки.
4.5.1. Каким образом в однофазном счетчике создается вращающий момент?
4.5.2. Каким образом в однофазном счетчике создается тормозной момент?
4.5.3. Напишите уравнение вращающего момента.
4.5.4. Что называется порогом чувствительности счетчика?
4.5.5. Что называется номинальной постоянной счетчика?
4.5.6. Что такое самоход счетчика?
4.5.7. Как влияет самоход на показание счетчика?
4.5.8. Какая система измерительного механизма применяется в однофазном счетчике?
5. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N5
ВИДАХ НАГРУЗОК
8.1. Цель работы.
8.1.1. Научиться измерять cosj фазометром и определять его значение расчетным путем.
8.1.2. Исследовать влияние на величину cosj величины и характера нагрузок.
8.2. Основные теоретические положения.
Измерение угла сдвига фаз между электрическими сигналами (токами, напряжениями) производится в самых различных областях измерительной техники, техники связи, телевидении и т.д. При этом измерение сдвига фаз в основном производится между током и напряжением либо между двумя напряжениями одинаковой частоты.
Измерительные приборы, предназначенные для измерения разности фаз, называются фазометрами.
Измерение угла сдвига фаз между током и напряжением производится логометрическим методом, методом 3-х приборов или осциллографическим методом. Измерение разности фаз между двумя напряжениями осуществляется электронными аналоговыми и цифровыми фазометрами, а также компенсационным и осциллографическими методами.
Значение cosjв цепи переменного тока может быть определено косвенным методом по показаниям амперметра, вольтметра и ваттметра по формуле:
Р
COS j = -----.
U I
Такой косвенный метод, требующий вычислений неудобен для непрерывного наблюдения за режимом работы сети.
В этих случаях применяются показывающие приборы - фазометры.
В состав однофазного фазометра входит неподвижная катушка, обтекаемая током нагрузки I, и подвижная часть, состоящая из двух катушек, укрепленных на общей оси под углом относительно друг друга (Рис. 8.1.).
 |
Рис. 8.1.
Ток I создает внутри неподвижной катушки достаточно равномерное магнитное поле. Магнитный поток пропорционален току I и совпадает с ним по фазе. Ток I отстает по фазе от напряжения U на угол j.
Катушки подвижной части имеют большое число витков тонкой проволоки. Токи к ним подводятся через спиральные пружинки. Катушка 1 соединена с резистором R с большим сопротивлением, поэтому ток I1 совпадает по фазе с напряжением сети. Катушка 2 соединена последовательно с дросселем L, ток отстает в ней по фазе от напряжения сети на угол g.
Взаимодействие подвижных и неподвижных катушек создает вращающий момент, действующий на катушку I:
М = I 1* I * cos j * j 1 ( a ),
где - угол отклонения подвижной части от некоторого ее положения, принимаемое за исходное. На катушку 2 будет действовать момент:
М2 = I 2* I 1* cos j ( j - g ) j 1( a ).
Моменты М1 и М2 направлены в противоположные стороны. Подвижная часть прибора должна занять такое положение, при котором М2 = М1, т.е.
I1*I*cos j * j 1( a ) = I2*I*cos j * j 2( a ).
Отсюда:
I1*cos j * j 1( a ) = I2*cos( j - g )* j 2( a ).
Для токов I1 и I2 можно записать:
I1 = U/R1; I2 = U/Z2,
Тогда
U U
--- cos j * j 1( a ) = --- cos( j - g )* j 2( a ).
R1 Z2
Т.е., видно, что положение подвижной части фазометра, определяемое углом, является только функцией угла j и не зависит ни от тока нагрузки, ни от напряжения сети, т.е. a = F( j ).
Подбором размеров катушек, угла, под которым скреплены катушки, и угла сдвига g в цепи катушки 2 можно получить зависимость a = j, т.е. шкала фазометра в градусах будет соответствовать углу сдвига j.
8.3. Проведение опыта.
8.3.1. Определение cos j при индуктивной нагрузке.
8.3.1.1. Соберите схему рис. 8.2. Включите стенд, затем тумблер включения питания ЛАТРа Т1 (S4). Изменяйте переключателем ЛАТРа величину напряжения (V1) до получения измеряемого тока на приборе А1.
Рис. 8.2.
8.3.1.2. Изменяя величину напряжения, установите такую величину тока и мощности, которые можно достаточно точно измерить.
8.3.1.3. Повторить измерение с различными величинами индуктивности, при чем каждый раз необходимо начинать опыт с подачи минимального напряжения. Результаты измерений занести в табл.8.1.
Таблица 8.1.
| N | U,B | I,A | P,Вт | j,град | cosj’X | cosj’’ | D | g0,% |
cos j ’ = P/UI ,
cos j ’’ - снимается по фазометру;
D = cos j ’ – cos j ’’
D
g 0 = ------ 100%
cos j ’’
8.3.2. Определение cosf при активно-емкостной нагрузке.
8.3.2.1. Соберите схему рис. 8.3.
 |
Рис. 8.3.
8.3.2.2. Перед включением стенда установите ЛАТР в начальное положение, величина емкости изменяется коммутацией отдельных конденсаторов С1, С2, С3.
Величина активной нагрузки из набора резисторов R17, R18, R19 подбирается экспериментально. Изменяя величину напряжения, установите такую величину тока и мощности, которые можно точно измерить. Повторить измерения с различными величинами емкостей.
8.3.2.3. Результаты измерений занести в табл. 8.2.
Таблица 8.2.
| N | U,B | I,A | P,Вт | j,град | cosj’X | cosj’’ | D | g0,% |
8.3.3. Определение cos j при смешанной нагрузке.
 |
8.3.3.1. Соберите схему рис. 8.4.
Рис. 8.4.
8.3.3.2. Перед включением стенда индуктивность подключите максимальной величины, в то время как конденсатор выбирается минимальной емкости, что достигается коммутацией перемычками отдельных дросселей L1, L2, L3 и конденсаторов С1 С2, С3. Величина активной нагрузки из набора резисторов R17, R18, R19 подбирается экспериментально. Изменяя величину напряжения, установите такую величину тока и мощности, которые можно точно измерить.
8.3.3.3. Повторить измерения с различными величинами индуктивности, емкостей и резисторов.
8.3.3.4. Результаты измерений занести в табл. 8.3.
Таблица 8.3.
| N | U,B | I,A | P,Вт | j,град | cosj’X | cosj’’ | D | g0,% |
8.3.4. По окончании работы верните все аппараты в исходное положение и отключите стенд.
8.4. Обработка результатов опыта.
8.4.1. Рассчитать значение cos j при различных видах и величинах нагрузки;
8.4.2. Определить абсолютную погрешность D измерения cos j ;
8.4.3. Определить относительную погрешность g0 измерения cos j .
8.5. Вопросы для самопроверки.
8.5.1. Запишите уравнение шкалы фазометра;
8.5.2. Каким образом можно произвести расчет cosj по значениям Р, U, I?
9. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N 9
ЭЛЕКТРОННОГО ОСЦИЛЛОГРАФА
11.1. Цель работы.
11.1.1. Изучить устройство и правила эксплуатации электронных осциллографов;
11.1.2. Изучить методы измерения с помощью осциллографа амплитуды непрерывных и импульсных сигналов.
11.2. 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 рис. 11.1.
Рис. 11.1.
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:
S = D l / D U, мм/В,
где D L - смещение пятна на экране ЭЛТ при изменении напряжения (U) на пластинах Y на 1В.
Для получения неподвижного изображения на экране ЭЛТ необходимо его синхронизировать напряжением генератора развертки, т.е. добиться равенства периода развертки периоду исследуемого сигнала.
11.2.1. 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:
lх
Uх = Uк ---- * Кд,
Lк
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:
S = l к/ U к.
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:
Uх = lх/S
Точность измерения напряжений с помощью осциллографа составляет 5...10%.
11.2.2. Измерение частоты переменного тока методом фигур Лиссажу.
Измерение частоты с помощью осциллографа производится путем сравнения частоты исследуемого сигнала с частотой образцового генератора. Для определения частоты методом фигур Лиссажу напряжение образцовой частоты f подается на вход Х усилителя горизонтального отклонения, а напряжение неизвестной частоты f - на вход У усилителя вертикального отклонения. Внутренний генератор развертки осциллографа выключается. Изменением образцовой частоты добиваются получения неподвижной фигуры Лиссажу. Фигуры зависят от числовых и фазовых соотношений частот.
Для определения отношения сравниваемых частот через наблюдаемую фигуру мысленно проводят две взаимно-перпендикулярные линии - вертикальную и горизонтальную, не проходящие через узлы фигуры, и подсчитывают число пересечений каждой линии с фигурой. Отношение числа пересечений горизонтальной линии Nг и вертикальной линии Nв с фигурой равно отношению периодов сигналов, поданных на отклоняющие пластины ЭЛТ:
Nг/Nв = То/Тх
или отношению частот этих сигналов:
N г/ N в = fX / f 0 ,
откуда Nг
f X = ------ * f0.
Nв
Синусоидальную развертку не рекомендуется применять при кратности частот свыше 10 ввиду трудности подсчета точек пересечения.
Примеры фигур Лиссажу (см. рис. 11.2.):
11.3. Проведение опыта.
11.3.1. Для проведения измерений напряжения и тока при помощи осциллографа соберите схему поверки ваттметра косвенным методом (Рис. 3.3.) и подключите осциллограф поочередно к выводам R17, R18, R19 (для измерения напряжения) и к выводам токовой обмотки ваттметра W1 или к выводам амперметра А1 (для измерения тока). Изменяя напряжение, установите такую величину тока и напряжения, которые можно достаточно точно измерить.
11.3.2. Повторить измерения с различными величинами сопротивлений (R17, R18, R19). Сравните результаты измерений, полученные с помощью осциллографа с показаниями приборов.
 |
Рис. 11.2.
11.3.3. Для измерения частоты необходимо собрать схемы согласно рис.11.3. Для включения ГНЧ необходимо установить тумблер S4 в верхнее положение.
 |
Рис. 11.3.
Измеряемой является частота, получаемая с выхода генератора низкой частоты. Включите осциллограф и генератор. Плавно регулируя частоту выходного сигнала генератора добейтесь устойчивого рисунка на экране осциллографа и произведите подсчет вершин на вертикальной и горизонтальной сторонах рисунка.
11.3.3. Повторите опыты, поворачивая ручку "Частота" до получения на экране осциллографа следующего устойчивого изображения.
11.3.4. По окончании работы верните все аппараты в исходное положение и отключите стенд.
11.4. Обработка результатов опыта.
11.4.1. Произведите вычисление величины исследуемой частоты по формуле:
m
f У = ----- * f Х ,
n
где fу - частота сигнала на входе У;
fХ - частота сигнала на входе Х;
m - число вершин в горизонтальной плоскости;
n - число вершин в вертикальной плоскости.
11.5. Вопросы для самопроверки.
11.5.1. Какие параметры синусоидальных сигналов можно измерять электронным осциллографом?
11.5.2. Для какой цели применяют в осциллографе синхронизирующее напряжение?
11.5.3. Для какой цели в осциллографе применяют развертывающее напряжение?
11.5.4. Какую форму имеет напряжение на выходе генератора развертки?
11.5.5. На какие электроды ЭЛТ подается исследуемое напряжение?
11.5.6. Какие способы применяются для измерения частоты осциллографом?
11.5.7. Исходя из какого условия определяют частоту неизвестного сигнала при помощи осциллографа?
СОДЕРЖАНИЕ
Стр.
1. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N 1.
ПОВЕРКА ТЕХНИЧЕСКОГО АМПЕРМЕТРА МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ
СИСТЕМЫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N 2.
ПОВЕРКА ВОЛЬТМЕТРА МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ . . . . . 7
3. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N 3.
ПОВЕРКА ВАТТМЕТРА ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ . . . . . . 9
4. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N 4.
ПОВЕРКА ОДНОФАЗНОГО СЧЕТЧИКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
ИНДУКЦИОННОЙ СИСТЕМЫ . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
5. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N 5.
РАСШИРЕНИЕ ПРЕДЕЛОВ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЕРМЕТРА . . . . . . . . 20
6. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N 6.
РАСШИРЕНИЕ ПРЕДЕЛОВ ИЗМЕРЕНИЯ ВОЛЬТМЕТРОВ . . . . . . . 23
7. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N 7.
ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЙ КОСВЕННЫМ МЕТОДОМ . . . . . . . 25
8. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N 8.
ИЗМЕРЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ COSj ПРИ РАЗЛИЧНЫХ
ВИДАХ НАГРУЗОК . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
9. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N 9.
ИЗМЕРЕНИЕ ИНДУКТИВНОСТИ КОСВЕННЫМ ПУТЕМ . . . . . . . . 35
10. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N 10.
ИЗМЕРЕНИЕ АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В 3-х ФАЗНЫХ ЦЕПЯХ . . . . 38
11. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N 11.
ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ И ТОКОВ И ЧАСТОТ ПРИ ПОМОЩИ
ЭЛЕКТРОННОГО ОСЦИЛЛОГРАФА . . . . . . . . . . . . . . . 41
1. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N1
ПОВЕРКА ТЕХНИЧЕСКОГО АМПЕРМЕТРА МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ
СИСТЕМЫ
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.
1.2. Основные теоретические положения.
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:
D Х = Хп - Хд,
где Хп (показания прибора ИП) и Хд (показания прибора А2)- соответственно показание прибора и действительное значение измеряемой величины;
б) относительную погрешность средства измерения, часто выражаемую в процентах:
D Х
g О = ----- 100%,
Хд
где D Х - абсолютная погрешность.
Для оценки многих средств измерений широко применяется приведенная погрешность, выражаемая в процентах:
D Х
g О.П. = ------ 100%,
Хн.з.
где Хн.з. - 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:
Мвр.= Y I,
где YО - постоянная прибора, зависящая от числа витков и площади обмотки и от индукции в зазоре.
Противодействующий момент:
Мпр.= W a ,
где W - удельный противодействующий момент пружины.
Уравнение шкалы прибора:
Y О
a = ------- I = SI I ,
W
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.
1.3. Проведение опыта.
1.3.1. Соберите схему рис. 1.1.
Рис. 1.1.
мультиметр - контрольный амперметр,
А2 - поверяемый прибор.
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).
1.3.5. Изменяйте переключателем ЛАТРа величину напряжения, (величина контролируется вольтметром V2) до получения величины измеряемого тока, дальнейшее увеличение тока осуществляется плавно с помощью переменного резистора R13.
1.3.6. Сделайте необходимое для расчетов количество замеров.
1.3.7. По окончании работы верните все аппараты в исходное состояние.
1.4. Обработка результатов опыта.
1.4.1. Вычислить по результатам измерения абсолютную погрешность в нескольких точках шкалы поверяемого амперметра.
1.4.2. Вычислить приведенную погрешность поверяемого амперметра.
1.4.3. Определить класс точности поверяемого амперметра и сравнить его с классом точности, нанесенного на шкале поверяемого амперметра.
1.5.Вопросы для самопроверки.
1.5.1. Каким должно быть соотношение классов точности образцового и поверяемого амперметров?
1.5.2. На шкале измерительного прибора имеется обозначение 1,0. Что это значит?
1.5.3. Что понимается под поверкой средств измерений?
1.5.4. Прибор какого класса точности следует выбрать для поверки амперметра класса 1,5; 2,5?
1.5.5. Возможно ли проведение поверки амперметра класса 1,5 с помощью амперметра класса 0,2?
1.5.6. Напишите уравнение шкалы приборов магнитоэлектрической системы.
Таблица 1
| п/п | Наименование | Система прибора | Класс точности | Пределы измерений | Цена деления |
| 1. | Миллиасперметр (А2) |
2. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N2
Дата: 2019-03-05, просмотров: 446.
