Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«Национальный исследовательский Томский политехнический Университет»
Инженерная школа энергетики
Отделение электроэнергетики и электротехники
13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»
«Поверка вольтметра с электромагнитной системой»
лабораторная работы №1
Вариант 3
по дисциплине:
Метрология, стандартизация и сертификация
Выполнил: студент группы 5А94 |
|
Милёшкин А.А. |
|
|
Проверил: Кандидат технических наук доцент |
Кравченко Е. В. |
Томск – 2022
Цель: изучить конструкцию и принцип действия вольтметра с электромагнитной системой, освоить методику проведения поверки электромагнитного вольтметра.
Задачи:
изучение принципа действия вольтметра с магнитоэлектрической системой;
исследование метрологических характеристик вольтметра;
проведение поверки вольтметра;
обработка результатов поверки.
Таблица 1. Исходные данные
№ Вар. |
Поверяемые отметки шкалы, В |
|
||||||
3 |
10 |
12 |
14 |
16 |
18 |
20 |
22 |
16 |
Рис. 1. Схема экспериментальной цепи
Принцип действия вольтметра с электромагнитной системой
Приборы электромагнитной системы основаны на взаимодействии магнитного поля катушки с подвижным ферромагнитным сердечником. Узел для создания вращающего момента состоит из катушки, по которой протекает измеряемый ток, и сердечника, закрепленного на оси указателя. Конструкция электромагнитного вольтметра показана на рисунке 2.
Рис. 2. Конструкция электромагнитного вольтметра:
1 – неподвижная катушка; ферромагнитный подвижный сердечник; 3 – ось
Электромагнитная энергия системы определяется выражением:
(1)
где – сопротивление обмотки катушки.
Ток I, проходя по катушке, обладающей индуктивностью L, намагничивает подвижный сердечник. Он втягивается внутрь катушки, создавая вращающий момент. Вращающий момент поворачивает сердечник в такое положение, при котором электромагнитная энергия системы будет максимальной.
Вращающий момент определяется выражением:
(2)
т.к. величина напряжения U не зависит от пространственного положения сердечника (α), а определяется параметрами цепи.
С осью сердечника скреплены стрелка и спиральная пружина, создающая противодействующий момент:
, 3)
где k – коэффициент жесткости пружины.
Из условия равенства вращающего и противодействующего моментов следует:
(4)
Из уравнения (4) следует, что отклонение указателя пропорционально квадрату измеряемого напряжения, т.е. шкала не является линейной.
Катушку вольтметра с электромагнитной системой изготавливают из большого числа витков тонкой медной проволоки, достаточного для полного отклонения указателя.
Диапазон измерения электромагнитных вольтметров до 600 мВ, класс точности 1,5 и ниже.
Расчет метрологических характеристик
Абсолютная погрешность для прямого и обратного хода соответственно вычисляется по формулам:
= – , (5)
= – ,
где – отсчет по рабочему эталону при увеличении показаний прибора, В;
– отсчет по рабочему эталону при уменьшении показаний прибора, В;
– значение напряжения, соответствующее отметке шкалы, В.
Вариация прибора вычисляется по формуле:
V = – . (6)
Предел допускаемой основной абсолютной погрешности определяется по формуле:
, (7)
где – верхний предел поверяемого вольтметра, В;
– нижний предел поверяемого вольтметра, В;
– предел допускаемой основной приведенной погрешности поверяемого вольтметра, %.
Пример расчета для прямого хода и обратного хода для отметки шкалы 10 В:
Для отметки шкалы 12 В:
Для отметки шкалы 14 В:
Для отметки шкалы 16 В:
Для отметки шкалы 18 В:
Для отметки шкалы 20 В:
Для отметки шкалы 22 В:
Графическое представление определяемых зависимостей
Графики зависимостей абсолютной погрешности прямого и обратного ходов от значения измеряемой величины показаны на рисунке 2.
Рисунок 2. Графики зависимостей абсолютной погрешности прямого и обратного ходов от значения измеряемой величины
Графики зависимостей значений напряжений, полученных с помощью рабочего эталона при прямом и обратном ходах, от значений напряжений, соответствующих отметкам шкалы поверяемого вольтметра показаны на рисунке 3.
Рисунок 3. Графики зависимостей значений напряжений, полученных с помощью рабочего эталона при прямом и обратном ходах, от значений напряжений, соответствующих отметкам шкалы поверяемого вольтметра
Протокол
поверки вольтметра типа с электромагнитной системой. Класс точности прибора 1,5 , предел измерения 30 В. Отчет проводился по рабочему эталону типа цифровой мультиметр с пределом измерения 200 В.
Отметки шкалы, В |
Отчет по рабочему эталону, В |
Абсолютная погрешность, В |
Вариация прибора |
||||
Прямой ход |
Обратный ход |
Прямой ход |
Обратный ход |
|
|||
10 |
10,11 |
10,09 |
0,11 |
0,09 |
0,02 |
||
12 |
12,10 |
12,11 |
0,1 |
0,11 |
-0,01 |
||
14 |
14,13 |
14,10 |
0,13 |
0,1 |
0,03 |
||
16 |
16,13 |
16,11 |
0,13 |
0,11 |
0,02 |
||
18 |
18,12 |
18,12 |
0,12 |
0,12 |
0 |
||
20 |
20,12 |
20,13 |
0,12 |
0,13 |
-0,01 |
||
22 |
22,13 |
22,09 |
0,13 |
0,09 |
0,04 |
Предел основной допускаемой Максимальная погрешность
погрешности прибора 0,45 В. прибора 0,13 В.
Предел допускаемой Максимальная вариация
вариации прибора 0,45 В. Прибора 0,04 В.
Вывод: максимальная погрешность прибора не превышает предел основной допускаемой погрешности прибора – прибор годен для измерений.
Заключение
В ходе лабораторной работы изучили конструкцию и принцип действия вольтметра с электромагнитной системой, освоили методику проведения поверки электромагнитного вольтметра. Анализируя полученные данные, можно сделать вывод, что исследуемый прибор пригоден для измерений.
Список использованных источников
1. Методические указания к выполнению лабораторной работы «Исследование метрологических характеристик и поверка вольтметра с электромагнитной шкалой» для студентов направления 140400 – Электроэнергетика и электротехника / Ю.К. Кривогузова, Томский политехнический университет. – Томск: Издательство Томского политехнического университета, 2012. – 10 с.
2. Стандарт организации, СТО ТПУ 2.5.01-2011, режим доступа: http://standard.tpu.ru/docs/standorg/BKP_ориг1.htm - загл. с экрана.