Лабораторные работы задачи по электротехнике Методы расчета цепей Задание на курсовую работу Переходные процессы метод контурных токов метод узловых потенциалов метод наложения метод эквивалентного генератора

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

Проверка электроизмерительных приборов,

Цель работы: приобрести практические навыки по изменению тока, напряжения и мощности в электрических цепях; изучить устройство приборов; провести проверку амперметра, вольтметра, ваттметра; определить, истинный класс точности приборов и дать заключение об их пригодности.

Основные теоретические сведения.

Выполнение любой лабораторной работы по электротехнике сопровождается измерением тока, напряжения и других электрических величин, что позволяет постигнуть сущность исследуемого физического процесса и выявить характеристики того или иного электротехнического устройства. Для обеспечения правильности полученного результата необходимо грамотно использовать имеющиеся в лаборатории средства электрических измерений, уметь оценивать численное значение измеряемой величины с указанием точности полученного результата измерений.

 В работе используются приборы электромагнитной и электродинамической систем.

В приборах электромагнитной системы (рис.1-1) вращающий момент cos дается взаимодействием магнитного ноля неподвижной катушки 1 с подвижной ферромагнитной пластинкой 2, которая втягивается в катушку с силой F, Противодействующий момент образуется за счет пружин 3. Для устранения колебаний стрелки 7 служит демпфер 4. Эта система используется для измерения в цепях переменного и постоянного токов.

Приборы электродинамической (рис.1-2) и ферродинамической систем содержат две катушки: подвижную 1 и неподвижную 2, по которой протекают токи In и Iн. Величина этих токов зависит от о6ъекта измерения.

Вращающий момент возникает за счет взаимодействия тока подвижной катушки 1 с магнитным полем неподвижной катушки. Пружины 3 служат для создания противодействующего момента и для подвода тока к подвижной катушке. Успокоение колебаний стрелки 5 обеспечивает демпфер 4.

Приборы ферродинамичекой системы имеют стальной магнитопровод, который позволяет делать их более чувствительными и менее подверженными влиянию внешних магнитных полей по сравнению с электродинамическими. Данные системы применяют для измерений в цепях переменного и постоянного токов.

0тсчетное устройство содержит неподвижную шкалу и стрелку, отклонение которой зависит от измеряемой величины, шкалы приборов могут быть равномерными и неравномерными. В последнем случае на шкале выделяется рабочая часть, которая обычно находится в пределах от 20% до 100% верхнего предела измерения. Пределы рабочей части отмечаются на шкале точками.

 

Рис. 1-1. Схема устройства прибора электромагнитной системы: 1- катушка; 2-ферромагнитная пластина; 3- противодействующие пружины; 4- демпфер (успокоитель колебаний стрелки); 5-подпятники; 6- ось; 7- стрелка прибора.

рис. 1–2. Схема устройства прибора электродинамической системы:1.- подвижная катушка; 2 - неподвижная катушка;3 – противодействующие и токоподводящие пружины; 4- демпфер; 5- стрелка; 6 - ось; 7 – подпятники.

Условные обозначения на шкалах электроизмерительных приборов приведены в таблицах 1-1 и 1-2. 

Таблица 1-1

№ пп

Наименование прибора

Обозначение

Система прибора

Обозначение

1

Амперметр

А

Электромагнитная

2

Вольтметр

V

3

Киловольтметр

kV

Электродинамическая

4

Ваттметр

W

5

Киловаттметр

kW

Ферродинамическая

Таблица 1-2.

Условия эксплуатации

Обозначение

Приборы предназначены для работы в цепи:

а) только постоянного тока

==

б) только переменного тока

~

в) постоянного и переменного токов

Прибор нормально работает:

а) при вертикальном положении шкалы

б) при горизонтальном положении шкалы

Измерительная цепь изолирована от корпуса и испытана напряжением (например – 2кВ)

Погрешности электрических измерений.

Показания приборов всегда отличаются от действительных значений измеряемой величины. Оценка точности показаний определяется различными видами погрешностей. 

Абсолютная погрешность - ∆Ах

Абсолютная погрешность показания прибора равна разности между показанием прибора Ах и действительным значением измеряемой величины Ад (рис. 1-3)

∆Ах=Ах-Ад

Рис.1-3

Основные величины на шкале:

 Аx - показание прибора; Ад - действительное значение измеряемой величины; ∆Ах - абсолютная погрешность показания прибора; Ан -номинальное значение прибора (край шкалы).

Величина абсолютной погрешности в разных точках шкалы разная, она может быть и положительной, и отрицательной. Чем меньше а6солютная погрешность, тем достовернее результаты измерений.

Относительная погрешность- γх

Более общей и хорошо сопоставимой характеристикой измерения является относительная погрешность.

Относительная погрешность измерения равна отношению абсолютной погрешности измеряемой величины Ах к ее действительному значению Ад, выраженному в процентах (рис. 1-3).

  (1.2)

так как Ад и Ах мало отличаются друг от друга.

Относительная приведенная погрешность- γпр

Погрешность самих приборов характеризуется величиной, называемой относительной приведенной погрешностью γпр.

Относительная приведенная погрешность равна отношению абсолютной погрешности прибора- ∆Ах  к номинальному значению Ан (т.е. к наибольшему, значению, которое может быть измерено по шкале прибора), выраженному в процентах (рис. 1-3).

  (1.3)

где Ад - действительное значение измеряемой величины, отсчитываемое по эталонному прибору; Ах - соответствующее ему показание данного прибора.

Номинальное значение в многопредельных приборах определяется по максимальному значению шкалы, на которой производится измерение. Например, если амперметр имеет два предела на 2А, то номинальное значение на первом пределе будет Ан=1А,а на втором Ан=2а.

Класс точности прибора равен максимальному значению приведенной погрешности (1.3).

Согласно ГОСТу электроизмерительные приборы подразделяются на восемь классов точности (таблица 1-3).

 Таблица 1-3

Класс точности прибора

0,05

0,1

0,2

0,5

1

1,5

2,5

4

Колебания допустимой погрешности

±0,05%

±0,1%

±0,2%

±0,5%

±1%

±1,5%

±2,5%

±4%

Однако класс точности прибора не определяет точность самого измерения. Чтобы доказать это, разделим и помножим выражение (1.2) на Ан, тогда

; согласно (1.3) имеем:

.

Полученное выражение показывает, что относительная погрешность измерения γх, во столько раз больше класса точности прибора γпр, во сколько раз номинальное значение прибора Ан больше измеряемого значения Ах. При измерении электрических величин, близких к номинальному значению прибора, относительная погрешность измерения γ1 приближается к классу точности прибора γпр, а при измерении величин, малых по сравнению с номинальным значением прибора Ан, γх может быть во много раз больше класса точности прибора.

Пример. Вольтметром класса 1,0 с номинальным значением Uн=250В измеряет напряжения U1=50В и U2=200В.

В первом случае погрешность измерения будет:

.

Во втором случае: 

Поэтому для повышения точности измерения следует пользоваться приборами, у которых измеряемая величина отсчитывалась бы во второй половике шкалы. Это позволяет осуществлять измерения с погрешностью, не превышающей удвоенного значения класса точности прибора.

Перечень оборудования.

1. Источник питания 22В.

2. Латр.

3. Ламповые реостаты

4. Вольтметры 

5. Амперметры.

6. Ваттметры 

Методика поверки электроизмерительных приборов.

Поверка технических электрических приборов производится путем сравнения их показаний с показаниями эталонных приборов. Поверка состоит из нескольких этапов:

1. Внешнего осмотра прибора.

2. Установки стрелки на нулевую отметку шкалы.

3. Выбора эталонного прибора и составления схемы.

4. Сборки схемы и проведения поверки.

5. Документального оформления результатов.

При внешнем осмотре убеждаются в отсутствии механических повреждений корпуса и шкалы, а также знакомятся с основными паспортными данными: классом точности, системой, родом тока и т.д. 

Эталонный прибор выбирается с учетом рода тока, и допустимой погрешности в соответствии с таблицей 1-4

  Таблица 1-4. 

Класс точности поверяемого прибора

2,5; 1,5

1,0

0,5

0,1;0,2

Класс точности образцового прибора (эталонного)

0,5

0,2

0,1

Компенсаторы с точностью 0,02¸0,3%

Предельные значения шкал эталонного и поверяемого приборов должны отличаться между собой не более чем на 25%. 

Например: амперметр кл.2,5 с номинальным значением Iн =2,5А можно поверять амперметрами кл.0,5, с номинальными значениями Iн =2,5А или Iн=2А. (см. таблицу 1-4).

Перед включением схемы стрелки всех приборов устанавливаются на нулевые деления. Рукоятки всех регулировочных устройств ставятся в положение, соответствующие наименьшим показаниям приборов, а затем, плавно поворачивая их, перемещают стрелку по шкале поверяемого прибора от нуля до первой риски, помеченной цифрой, и делают запись по шкале эталонного прибора. Этот процесс повторяется на второй, третьей и так далее рисках, пока не дойдут до номинального значения прибора, далее, поверка продолжается таким же образом, но в обратном направлении от номинального значения до нуля шкалы поверяемого прибора. В результате для каждого деления шкалы поверяемого прибора получаем два показания эталонного прибора, поэтому действительное показание на одном делении шкалы определяется как среднее арифметическое из двух показаний.

По результатам наблюдений определяются погрешности измерения и дается заключение о соответствии полученного значения класса точности - классу, указанному на шкале прибора.

Содержание работы.

Ознакомиться со схемой включения амперметра, вольтметра и ваттметра; с устройством этих приборов; провести поверку амперметра, вольтметра и ваттметра.

Порядок выполнения работы:

1. Ознакомиться с основными теоретическими сведениями об электроизмерительных приборах, изучить конструкцию приборов.

2. Провести поверку амперметра.

Для этого необходимо:

1) Осмотреть эталонный и поверяемый амперметры и убедиться, что их стрелки находятся на нулевых делениях. В противном случае установить стрелки на нуль при помощи корректоров. 

2) Записать паспортные данные эталонного и поверяемого амперметра в таблицу 1-5.

Таблица 1-5

Наименование прибора

Заводской номер

Система

Тип

Класс точности

Пределы измерений

Примечания, результаты

Собрать схему поверки амперметра (рис.1-4): 

 3) Ток плавно регулируется перемещением ползунка на автотрансформаторе Латр. 

Рис. 1-4 Схема поверки амперметра.

4) Включить схему, плавно увеличивая ток, добиться, чтобы стрелка поверяемого амперметра Ах (Рис. 1-4) последовательно установилась на делениях шкалы, помеченных цифрами, от нуля до верхнего предела. Данные наблюдений занести в таблицу 1-6. Затем, таким же способом, повторить процесс поверки в обратном направлении от номинального до нулевого значения. Iх – показание поверяемого амперметра, Iэ1 и Iэ2 –показания эталонного амперметра.

Таблица 1-6

№ п/п

Данные измерений

Данные вычислений

Iх ,А

Iэ1 ,А

Iэ2 ,А

Iд ,А

DIх ,А

gх ,%

gпр ,%

 5) Рассчитать для каждого оцифрованного деления шкалы поверяемого амперметра:

 действительное значение измеряемого тока

Iд = Iэ = (Iэ1 + Iэ2) /2 (1.5)

 абсолютную погрешность измерений

DIх = Iх - Iд =Iх - Iэ (1.6)

 относительную погрешность измерений

 (1.7)

  относительную приведенную погрешность измерений

  (1.8)

 6) Определить класс точности амперметра, равный максимальному значению gпрх, полученному из табл. 1-6. Присвоить поверяемому амперметру ближайший ГОСТовский класс точности.

 7) На основании полученных результатов дать заключение о соответствии поверяемого амперметра классу, указанному на его шкале.

 3. Провести поверку вольтметра.

 Для этого необходимо:

 1) Осмотреть эталонный и поверяемый вольтметры. Убедиться, что их стрелки находятся на нулевых делениях.

 2) Записать паспортные данные эталонного и поверяемого вольтметров в табл. 1-5.

 3) Собрать схему поверки вольтметра (рис.1-5), в котором величина измеряемого напряжения плавно регулируется с помощью перемещения ползунка К на автотрансформаторе Латр.

Рис. 1-5. Схема поверки вольтметра.

4) Включить схему и сравнить показания эталонного и поверяемого вольтметров тем же методом, каким производилась поверка амперметра. Результаты измерений занести в таблицу 1-7.

Таблица 1-7.

№№ пп

Данные измерений

Данные вычислений

U,В

Uэ1,В

Uэ2,В

Uд,В

DUх,В

gх,%

gпрх,%

5) Определить класс точности вольтметра, равный максимальному значению полученному из табл. 1-7. Присвоить поверяемому вольтметру ближайший ГОСТовский класс точности.

6)На основании полученных результатов дать заключение о соответствии поверяемого вольтметра классу точности, указанному на его шкале.

 4. Провести поверку ваттметра.

  Для этого необходимо:

 1) Осмотреть ваттметр, эталонны амперметр и вольтметр. Убедиться, что стрелки приборов находятся на нулевых делениях шкал.

 2) Записать паспортные данные приборов в таблицу 1-5.

 3) Выбрать пределы измерений ваттметра, записать в таблицу 1-5 пределы, на которых производилась проверка.

 4) Собрать схему поверки ваттметра ( рис. 1-6), в которой ток через ваттметр изменяется ступенями включением тумблером Т нагрузки, а напряжение плавно – путем перемещения ползунка К на автотрансформаторе Латр.

Рис. 1-6 Схема поверки ваттметра

5) Включить схему и, измеряя автотрансформатором напряжение; а ламповым реостатом ток, последовательно установить стрелку ваттметра на оцифрованных делениях шкалы (поверяемые данные указываются преподавателем). Мощность измерить дважды: один раз при ее увеличении, другой при ее уменьшении. 

Занести показания приборов в таблицу 1-8. 

 Таблица 1-8 

 №пп

Данные измерений

Данные вычислений

Р1,Вт

Uэ1,В

Iэ1,В

Uэ2,В

Iэ2,А

Р1,Вт

Р2,Вт

Рд,Вт

DРх,Вт

γх,%

γпрХ,%

6)По данным измерений вычислить действительную мощность в цепи для каждого оцифрованного деления поверяемого ваттметра.

Рд= Р1+Р2/2 ; (1.9)

где:

Р1=Uэ1*Iэ1 , (1.10)

Р2=Uэ2*Iэ2 (1.11) 

7) Рассчитать для всех значений мощностей абсолютную погрешность:

ΔРх=Рх-Рд , (1.12)

относительную погрешность:

γх=(∆Рх /Рд)*100%,  (1.13)

 относительную приведенную погрешность:

γпрх=(ΔРх/Рн)*100%,  (1.14)

8) Определить класс точности прибора, равный максимальному значению величины γпрх. Присвоить поверяемому ваттметру ближайший ГОСТовский класс точности.

9) На основании полученных результатов дать заключение о соответствии поверяемого ваттметра своему классу точности.

Отчет должен содержать:

1. Краткое изложение цели работы 

2. Электрические схемы поверки амперметра, вольтметра, ваттметра.

3. Таблицу с паспортными данными приборов.

4. Результаты измерений расчетов в виде таблицы.

5. Расчетные формулы. 

6.Выводы с рекомендациями о возможности использования приборов выявленного класса точности.

Контрольные вопросы:

Что называется абсолютной, относительной, относительно приведенной погрешностями измерения? 

Что определяет класс точности прибора?

Какова относительная погрешность измерения на разных участках шкалы прибора?

Устройство приборов электромагнитной системы.

5. Принцип действия и устройство приборов электродинамической системы.

6. Условные обозначения на шкалах приборов.

7. Какие существуют классы точности для электроизмерительных приборов? 

8. Имеется два вольтметра одного класса точности с номинальными значениями шкал 100 В и 250 В. Какой из вольтметров точнее измерит напряжение величиной в 80 В? 

9.Амперметр 2,5 кл, точности Iн=50А

 Амперметр 1,5 кл, точности Iн=100А

 Амперметр 1,0 кл. точности Iн=150А

 Амперметр 0,5 кл. точности Iн=300А 

Какой из амперметров более точно измерит ток в 40А? Докажите это.

Литература.

Электротехника/ Под ред. В,С, Пантюшина. – М.;

 Высшая школа, 1976, гл.15, С. 312-319, С. 327-331

Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника. – М.;

Энергоатомиздат, 1983, гл. 12, С. 252-264, С. 268-273


Экспериментальная проверка методики расчета линейных электрических цепей