ВЫБОР ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЦЕПИ. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1 ПО ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1
«ВЫБОР ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ ДЛЯ
ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЦЕПИ»
1. Цель работы
Изучение электроизмерительных приборов, используемых в лабораторных
работах. Получение представлений о пределе измерения и цене деления, абсолютной
и относительной погрешности, условиях эксплуатации и других характеристиках
стрелочных электроизмерительных приборов.
2. Краткие теоретические сведения
Контроль работы электрооборудования осуществляется с помощью
разнообразных электроизмерительных приборов. Наиболее распространенными
электроизмерительными приборами являются приборы непосредственного отсчета.
По виду отсчетного устройства различают аналоговые (стрелочные) и цифровые
измерительные приборы.
На лицевой стороне стрелочных приборов изображены условные
обозначения, определяющие классификационную группу прибора. Они позволяют
правильно выбрать приборы и дают некоторые указания по их эксплуатации.
В цепях постоянного тока для измерений токов и напряжений применяются в
основном приборы магнитоэлектрической системы. Принцип действия таких
приборов основан на взаимодействии магнитного поля постоянного магнита и
измеряемого тока, протекающего по катушке. Угол поворота стрелки α прямо
пропорционален измеряемому току I: α = К × I. Шкалы магнитоэлектрических
приборов равномерные.
В измерительных механизмах электромагнитной системы, применяемых для
измерений в цепях переменного и постоянного тока, вращающий момент
обусловлен действием магнитного поля измеряемого тока в неподвижной катушке
прибора на подвижный ферромагнитный якорь. Угол поворота стрелки α здесь
пропорционален квадрату тока: α = К × 2I. Поэтому шкала электромагнитных
приборов обычно неравномерная, что является недостатком этих приборов.
Начальная часть шкалы не используется для измерений. Для измерений токов и
напряжений в цепях переменного тока применяются также приборы
выпрямительной системы. Такие приборы содержат выпрямительный
преобразователь и магнитоэлектрический измерительный механизм. Они имеют более
линейную шкалу, чем приборы электромагнитной системы и достаточно широкий
частотный диапазон.
Для практического использования стрелочного измерительного прибора
необходимо знать его предел измерений (номинальное значение) и цену деления
(постоянную) прибора. Предел измерений - это наибольшее значение
электрической величины, которое может быть измерено данным прибором. Это
значение обычно указано на лицевой стороне прибора. Один и тот же прибор
может иметь несколько пределов измерений. Ценой деления прибора называется
значение измеряемой величины, соответствующее одному делению шкалы
прибора. Цена деления прибора
- С легко определяется как отношение предела
измерений AНОМ к числу делений шкалы N:
С = AНОМ / N.
На лицевой стороне стрелочного прибора указывается класс точности,
который определяет приведенную относительную погрешность прибора γПР.
Приведенная относительная погрешность прибора
- это выраженное в
процентах отношение максимальной для данного прибора абсолютной погрешности
ΔА к номинальному значению прибора (пределу измерений) AНОМ:
Промышленность в соответствии с ГОСТ выпускает приборы с различными
классами точности (0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,5; 2,5; 4,0).
Зная класс точности прибора, можно определить абсолютную ΔА и
относительную погрешности измерения γИЗМ, а также действительное значение
измеряемой величины AД:
Расчетную относительную погрешность измерения в любой точке шкалы
прибора можно определить, полагая, что его допустимая абсолютная погрешность
ΔА известна и постоянна:
где АИЗМ - условное измеренное значение величины, задаваемое в пределах
шкалы прибора от минимального значения до номинального значения данного
прибора. Обратить внимание на значение относительной погрешности измерения,
соответствующее предельному значению измеряемой величины, и сравнить его с
классом точности прибора.
Нетрудно сделать вывод, что относительная погрешность измерения тем
больше, чем меньше измеряемая величина по сравнению с номинальным
значением прибора. Поэтому желательно не пользоваться при измерении
начальной частью шкалы стрелочного прибора.
Для обеспечения малой методической погрешности измерения необходимо,
чтобы сопротивление амперметра было значительно меньше сопротивления
нагрузки, а сопротивление вольтметра было значительно больше сопротивления
исследуемого участка.
В табл. 1 приведены некоторые условные обозначения, приводимые на
лицевых панелях стрелочных измерительных приборов, определяющие их
свойства и условия эксплуатации.
При проведении измерений в электрических цепях широкое применение
получили цифровые измерительные приборы, например мультиметры
-
комбинированные цифровые измерительные приборы, позволяющие измерять
постоянное и переменное напряжение, постоянный и переменный ток,
сопротивления, проверять диоды и транзисторы. Представление результата
измерения происходит на цифровом отсчетном устройстве в виде обычных
удобных для считывания десятичных чисел. Наибольшее распространение в
цифровых отсчетных устройствах мультиметров получили жидкокристаллические
и светодиодные индикаторы. В лабораторном стенде используются цифровые
приборы для измерения постоянных и переменных токов, а также цифровой
измеритель мощности. Для переключения режима работы цифровых амперметров
стенда (РА1, РА2, РА3 и РА4) на его передней панели установлен тумблер, который
для измерения постоянного тока следует установить в позицию «=», для измерения
действующих значений переменных токов
- в позицию
«~». Для измерения
постоянного тока входная клемма (+) цифрового амперметра выделена красным
цветом.
Цифровой измеритель мощности предназначен для измерения параметров
электрической цепи:
- действующего значения напряжения U (True RMS) в диапазоне 0«30 В;
- действующего значения тока I (True RMS) в диапазоне 0«300 мА;
- активной мощности P в диапазоне 0«600 Вт;
- частоты f в диапазоне 35«400 Гц;
- cos ϕ;
- угла сдвига фаз ϕ (Fi) между током и напряжением.
Таблица 1
Условное
графическое
Содержание условного обозначения
обозначение
A, V, W, Ω, Hz,
Наименование измеряемой величины (ампер, вольт, ватт,
cosφ, F, H
ом, герц, коэффициент мощности, фарада, генри)
Магнитоэлектрический измерительный механизм
Электромагнитный измерительный механизм
Магнитоэлектрический измерительный механизм с
выпрямителем
0,05;
0,1;
0,2;
Класс точности прибора
0,5; 1,5; 2,5; 4,0
Рабочее положение шкалы прибора:
горизонтальное;
вертикальное;
под углом, например 60°
Прибор предназначен для работы
в цепи постоянного тока;
переменного тока;
постоянного и переменного;
в трехфазной цепи переменного тока
А
А (или отсутствие буквы) - прибор для сухих отапливаемых
помещений с температурой +10°С «+35°С и влажности до
80% при 30°С;
Б
Б - прибор для закрытых не отапливаемых помещений с
температурой - 30°С «+40°С и влажности до 90% при
30°С;
В1; В2; В3
B - приборы для полевых и морских условий:
В1
- при температуре
-40°С
« +50°С и В2 - при
температуре -50°С « +60°С и влажности до 95% при 35°С;
В3 - при температуре -40°С « +50°С и влажности до 98%
при 40°С
Измерительная цепь прибора изолирована от корпуса и
испытана напряжением, например, 2 кВ
30 - 200 Hz
Рабочий частотный диапазон прибора
1. Содержание отчета
Отчет по работе должен содержать:
а) сформулировать название работы и ее цель;
б) описать основные системы механических электроизмерительных приборов;
в) сделать выводы по работе.
2. Контрольные вопросы
1. Каков принцип действия приборов магнитоэлектрической и электромагнитной
систем?
2. Что такое предел измерения?
3. Как определяется цена деления прибора?
4. Что такое абсолютная и относительная погрешности измерения?
5. Что характеризует класс точности прибора?
6. В какой части шкалы прибора измерение точнее и почему?
7. Каковы основные достоинства цифровых измерительных приборов?
8. Как можно измерить величину сопротивления резистора?