методичка по метрологии 2012

-прямые;

-косвенные;

-совокупные;

-совместные.

Прямыми называют измерения, при которых искомое значение величины находят непосредственно по показаниям прибора (например, измерениетока амперметром, напряжения - вольтметром ит.д.).

Прямые измерения отличаются быстротой и удобством выполнения, поэтомуполучили широкоеприменение.

Косвенными называют измерения, при которых искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, полученными в результате прямых измерений. Примером может служить определение электрического сопротивления по показаниям амперметраивольтметра.

Этот вид измерений требует дополнительных расчетов и используется в том случае, когда проведение прямых измерений с требуемой точностьюзатруднительно илиневозможно.

Совокупными называют производимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых значения величин находят решением системы уравнений, получаемых в результате прямых измерений различных сочетаний этих величин. Например, при определении взаимоиндукции катушек M используют два метода: сложения и вычитания полей. Если индуктивность катушекL1 иL2, то находят

=1+ 2+2 ;

=1+ 2 − 2 .

Решая систему двух уравнений, находят

=−

4

Совместными называют производимые одновременно измерения нескольких одноимённых величин для нахождения зависимости между ними. Например, измеряя одновременно температуру и сопротивление проводника можно определить зависимость сопротивления проводника от температуры.

По роду измеряемой величины приборы делятся на амперметры, вольтметры, частотомерыи др.

По принципу действия различают приборы магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, индукционные, электростатические, электронные и других систем.

Рассмотрим устройство и принцип действия магнитоэлектрического прибора, упрощенная конструкция которого показана на рисунке

2.1.

Рисунок 2.1 -Устройство магнитоэлектрического прибора

Работа механизмов магнитоэлектрической системы основана на взаимодействии магнитного потока постоянного магнита и тока, проходящего по катушке (рамке). Возникающий при этом вращающий момент отклоняет подвижную часть механизма относительно неподвижной. В зависимости от того, какой из указанных элементов (постоянный магнит или рамка) является подвижной частью, различают механизмы с подвижнойрамкойи с подвижным магнитом.

Магнитная цепь измерительного механизма с внешним магнитом (рисунок 2.1, а) состоит из сильного постоянного магнита 1, полюсных наконечников с цилиндрической расточкой 5 и цилиндрического сердечника 7. В воздушном зазоре между сердечником и полюсными наконечниками создается сильное, практически равномерное радиальное магнитноеполе.

Подвижная часть механизма представляет собой катушку (рамку) 4 прямоугольной формы из тонкого медного или алюминиевого провода, намотанного на алюминиевый каркас (либо без каркаса), которая может поворачиваться вокруг сердечника в магнитном иоле. К рамке с двух сторон приклеиваются алюминиевые буксы для закрепления растяжек или кернов. Стрелка 6 и циферблат со шкалой образуют отсчетноеустройство.

Измеряемый ток I подводится к обмотке рамки через две спиральные пружины 3, которые создают противодействующий момент Мпр. Одна из спиральных пружин прикреплена к корректирующему устройству 2. Противодействующий момент пропорционален углу закручивания пружин, или углу поворота подвижной части α, т.е. пр = − , где W- удельный противодействующий момент, постоянный для данного устройства.

При протекании по обмотке рамки постоянного тока 1 на рамку действует пара сил F-Fпр (рисунок 5.1, б), создающая вращающий момент М:

-длинаактивнойсторонывитка;

-средняя ширинаобмотки рамки;

-число витковрамки; = — активная площадь рамки.

ПодставивdѰв (2.1), получим:

= = Ѱ , (2.2)

где Ѱ = - изменение потокосцепления обмотки рамки при поворотееенаугол а, равный 1 рад.

Из выражения (2.2) следует, что отклонение подвижной части пропорционально току, т.е. прибор имеет равномернуюшкалу.

Достоинства:

1)высокая чувствительность;

2)большая точность (класс точности 0,1; -0,2;-0,5;-1,0);

3)равномерная шкала;

4)малая потребляемая мощность (магнитоэлектрический прибор обладает сильным собственным полем, поэтому даже при малых токах создается достаточныйвращающиймомент).

Недостатки:

1)сложность изготовления, определяющая высокуюстоимость;

2)пригодныдля измерения только на постоянном токе;

3)плохая перегрузочная способность.

Измерение силы тока и напряжения

Для измерения силы тока и напряжения используют измерительные приборы различных систем - амперметры и вольтметры, условные графические обозначения которых на схеме имеют вид окружностей, диаметром 10 мм (рисунки 2.2,2.3).

Для измерения тока и напряжения в цепях постоянного тока используют магнитоэлектрические приборы, так как они имеют большую точность и размернуюшкалу.

Для измерения силы тока применяют амперметры, которые включают в цепь последовательно с нагрузкой, чтобы весь измеряемый ток проходил через прибор. Для измерения малых значений тока используют гальванометры, микро-имиллиамперметры.

Рисунок 2.2 -Схемавключения амперметра для измерения силытока

Рисунок 2.3 -Схемарасширения пределаизмерения амперметра

Включение амперметра последовательно с нагрузкой не должно влиять на измеряемый ток в цепи, поэтому его внутреннее сопротивление RА должно быть малым по сравнению с сопротивлением приемника энергииR. При этом будет маламощность, потребляемая амперметром:

=.

Для измерения силы тока, превышающей верхний предел шкалы прибора, используют шунты - сопротивления малой величины, которые подключают параллельно амперметру (рисунок 2.4). Сопротивление шунтанаходят по формуле2.3:

Шунт представляет собой толстую константановую или манганиновуюпластину(проволоку).

Для измерения напряжения используют вольтметры, которые включают параллельно участку измеряемой цепи(рисунок2.4).

Рисунок 2.4 -Схемавключения вольтметра для измерения напряжения

Включение вольтметра не должно влиять на измеряемое напряжение, поэтому внутреннее сопротивление вольтметра Rv должно быть большим по сравнению с сопротивление приемника, параллельно которому он включается.

При большом сопротивлении вольтметра Rv мал ток Iv в нем и маламощность, потребляемая им.

=.

Для измерения напряжений, превышающих верхний предел измерений прибора на постоянном токе применяют добавочные сопротивления Яж6 большой величины (рисунок 2.5), которые включают последовательно с вольтметром

Рисунок 2.5 -Схемарасширения пределаизмерения вольтметра

Величину добавочного сопротивления находят по формуле2.4:

доб = ( −1), (2.4)

где - внутреннеесопротивлениеобмоткивольтметра; п - коэффициент, показывающий во сколько раз расширяется пре-

делизмерения прибора.

Так как сопротивление добавочных резисторов может достигать нескольких тысяч Ом, то их выполняют из тонкого провода с большим удельным сопротивлением.

2.2 Оборудование

Лабораторный макет со сменныминавесными элементами:

-миллиамперметр;

-вольтметр;

-омметр илиавометрчипаЦ4353, Ц20 ит.п.

Лабораторный макет представляет собой плату с гнёздами для сменных элементов.

Электрический монтаж выполнен с внутренней стороны платы. Сменные элементы, электроизмерительные приборы и источник питания подключают к гнёздам с наружной стороны платы. Питание лабораторного макета осуществляется от маломощного источника постоянного напряжения ГН2 лабораторного стенда 87Л-01, которое плавно регулируется от 0,5 до 15 В. Ток нагрузки, при котором срабатывает защитаГН2 составляет 200 мА при выходном напряжении 15 В.

Электрическая принципиальная схема лабораторного макета приведена на рисунке 2.6. Тумблер SВ2 и SВЗ - соответственно для подключения шунта к миллиамперметру РА1 и добавочного сопротивления к вольтметруРV1.

Рисунок 2.6 -Схемаэлектрическая принципиальная лабораторной работы

2.3Порядок выполнения работы

2.3.1 Собрать схему (см. рисунок 2.6), установив следующие сменные элементы:

-R1=2 кОм -резисторМТЛ-0,5;

-R2 = 200 Ом -резисторМТЛ-0,5;

-R3= 470 Ом -переменныйрезистортипаСПЗ-23а;

-R4 = 100 Ом -резисторМТЛ-0,5.

2.3.2ТумблерыSВ1 иSВ2 установить вположениеотключено, SВЗ -

вположение включено. Подвижный контакт резистора R3 установить в среднееположение.

2.3.3Включить питание схемы, установив напряжение на входе схемы10 В. Измерить силу токавцепи инапряжениенанагрузке.

Результатызанести втаблицу 2.1.

2.3.4 Включить тумблер SВ1 и измерить силу тока в цепи и напряжение на нагрузке при закороченном резисторе R1. Результаты измеренийзанести втаблицу 2.1.

Если значение тока или напряжения превышает верхний предел шкалы прибора, то немедленно выключить напряжение питания схемы,

установить больший предел приборов, чтобы значения измеряемых величин непревышали максимальноезначение.

2.3.5Для расширения предела измерения миллиамперметра необходимо включить тумблер SВ2 и подбирая величину Rш добиться уменьшения показания прибораРА1 в 2 раза.

Отключить питание схемы и измерить сопротивление авометром, определивпри этом внутреннеесопротивлениемиллиамперметра.

Затем установить шуты в гнёзда, включить питание схемы и, измеряя величинуRш добиться уменьшения показаний прибора РА1 в 3 и5 раз.

Отключить питание схемы, измерить величину сопротивления Rш., расчитать величину Rш по формуле 2.1 и найти абсолютную и относительнуюпогрешностиизмерения сопротивленияRш.

2.3.6Для расширения предела измерения вольтметра необходимо отключить тумблер SВЗ и подбирая величинуRдоб добиться уменьшения показания прибораPV1 в2 раза.

Отключить питание схемы и измерить сопротивление Rдоб авометром, определивприэтом внутреннее сопротивлениевольтметра Rv.

Затем установить добавочное сопротивление в гнёзда, включить питание схемы, измеряя величину Rдоб, добиться уменьшения показаний прибораРV1 в3 и 5 раз.

Отключить питание схемы, измерить величину сопротивления Rдоб авометром, определивпри этом внутреннеесопротивлениевольтметра.

Расчитать величину Rдоб по формуле 2.2 и найти абсолютную и относительнуюпогрешности измерения сопротивления Rдоб.

2.3.7Отключить напряжение питания. Перемещая подвижный контакт переменного резистораRЗ, снять зависимость сопротивления от положения контакта. Результаты измерений занести в таблицу 2.2 и построить графическую зависимость сопротивления от положения подвижного контакта.

2.4 Содержание отчета

Отчет должен содержать следующие материалы:

-названиеработы;

-цель работы;

-схему лабораторного стенда;

-таблицы2.1 и 2.2 с измереннымизначениями величин;

-вычисление величин Rш иRдоб, нахождение погрешности измерения Rш иRдоб;

-график зависимости сопротивления переменного резистора от

положения подвижного контакта; -вывод.

Список литературы

1.Электротехника / X.Э. Зайдель [и др.] ; под ред. В.Г. Герасимова. -М. : Высш. шк., 1985.

2.Сергеев А.Г. Метрология, стандартизация, сертификация /А.Г. Сергеев, М.В. Латышев, В.В. Терегеря. - М. :Логос, 2003.

3.Электрические измерения и электроизмерительные приборы /И. Котур [и др.]. - М.:Энергоатомиздат, 1986.

4.Кушнир Ф.В. Радиоизмерения / Ф.В. Кушнир. - М. :Связь, 1968.

5.Тартаковский Д.Ф. Метрология, стандартизация и технические средстваизмерений /Д.Ф. Тартаковский. -М.:Высш. шк., 2002.

6.Хромоин П.К. Электротехнические измерения : учеб. пособие / П.К. Хромоин. -М.:Форум, 2008.

Контрольные вопросы

1.Какиеизмерения называют прямыми? Приведитепримеры.

2.Какие измерения называют косвенными? Приведите при-

меры.

3.Совокупныеизмерения. Определение, примеры.

4.Совместныеизмерения. Определение, примеры.

5.Объясните устройство приборов магнитоэлектрической системы, принцип действия.

6.Назовите достоинства и недостатки приборов магнитоэлектрической системы.

7.Какие обозначения наносят на шкалы электроизмерительных приборов?

8.Что представляет собой шунт?

Лабораторнаяработа №3

Наблюдение формы, измерение параметров электрических сигналов с помощью осциллографа

Цель работы: изучение устройства, принципа действия электронного осциллографа, приобретение навыков работы с осциллографом, измерениепараметровэлектрических сигналов.

3.1 Общие сведения

Осциллографом (ЭО) называется прибор для наблюдения и исследования электрических сигналов, а так же для измерения их параметров.

С помощью электронных осциллографов осуществляют проверку и поиск неисправности в электрических цепях, регулировку и ремонт генераторных, усилительных и других устройств. Их применяют также для наблюдения вольтамперных, амплитудно-частотных, фазовых, переходных и других характеристик исследуемых цепей. При использовании всевозможных преобразователей с помощью осциллографов можно наблюдать и исследовать неэлектрические процессы в физике, химии, медицинеи других областях.

По назначению различают осциллографы универсальные, запоминающие, специальные. Они бывают одно-, двух- и многолучевыми. Несмотря на большое разнообразие электрических схем осциллографов, их упрощенная структурная схема (рисунок 3.1) в основном одинакова для всех типов.