7. Измерение магнитных величин.

Задачи магнитных измерений. Основные магнитные величины. Меры магнитных величин. Разновидности преобразований магнитных величин и электрические. Измерение потока, индукции, напряженности постоянного и переменного поля.

Статические и динамические характеристики ферромагнитных материалов. Определение основной кривой намагничивания, остаточной индукции и коэрцитивной силы материалов. Методы определения динамических характеристик ферромагнитных материалов.

Определение потерь на перемагничивание ваттметровым методом. Особенности определения потерь при повышенных частотах.

8. Измерение неэлектрических величин.

Принципы измерения неэлектрических величин. Измерительные преобразователи неэлектрических величин в электрические. Их классификация, разновидности и основные характеристики. Структурные схемы приборов.

Измерение линейных и угловых размеров, параметров движения, механических усилий, деформаций и крутящих моментов температуры.

9. Измерение и контроль физических величин измерительными информационными системами (иис).

Государственная система приборов и агрегатированный комплекс средств электроизмерительной техники. ИИС как подсистемы автоматизированных систем управления. Классификация и блок-схемы ИИС. Основные узлы ИИС и требования, предъявляемые к ним. Измерительные преобразователи электрических и неэлектрических величин. Назначение, структурные схемы.

ЛИТЕРАТУРА.

Основная

1. Электрические измерения./Под ред. А. В. Фремке и Е. М. Душина. –Л.: Энергия, 1980.

Дополнительная

2. Электрические измерения./Под ред. Е. Г. Шрамкова – М.: Высшая школа, 1972.

3. Электрические измерения неэлектрических величин./Под ред. П. В. Новицкого –Л.: Энергоатомиздат, 1983.

4. Основы метрологии и электрические измерения. –Л.: Энергоатомиздат, 1987.

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

Студенты заочники выполняют два контрольных задания. Выбор варианта контрольного задания производиться по последней цифре шифра.

Контрольное задание состоит из теоретического вопроса и двух задач. Текст теоретического вопроса и задачи переписываются из задания полностью. Писать следует через 1 строчку, оставляя поля шириной 25-30 мм и место после ответа на вопрос или решения задачи для пометок рецензента.

Теоретический вопрос должен быть рассмотрен подробно, приведены схемы измерения, дана оценка метода измерения.

Каждый пункт решения задачи должен иметь заголовок и сопровождаться кратким объяснением производимых действий и полученных результатов.

Буквенные обозначения физических величин и их единицы должны соответствовать системе СИ. Все расчеты следует выполнять в соответствии с требованиями приближенных вычислений. Условные графические обозначения средств измерений и элементов цепей, виды соединений и другие обозначения должны соответствовать требованиям единой системы конструкторской документации.

Работы, выполненные небрежно, без соблюдения указанных требований, возвращаются студенту без проверки.

На тетради с контрольными заданиями указать специальность, шифр и номер контрольного задания, ф.и.о.

Данные для контрольного задания №1

Таблица 1

Номер варианта	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Номер вопроса	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Номера задач	1а 8б	2а 5б	3 10б	4а 11б	5а 7б	6а 14	7а 3	8а 12б	9а 15	10а 1б

Данные для контрольного задания №2

Таблица 2

Номер варианта	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Номер вопроса	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
Номера задач	11а 13б	12а 17б	13а 20б	14 19б	15 18б	16а 9б	17а 6б	18а 16б	19а 4б	20а 2б

В О П Р О С Ы

1. Описать принцип действия, область применения и эксплуатационные характеристики электромагнитных приборов. Привести схемы включения электромагнитных амперметра и вольтметра с применением средств, расширяющих их пределы измерения. Почему электромагнитный прибор, отградуированный на постоянном токе и включенный в цепь переменного тока, дает несколько отличные показания и в какую сторону?

2. Описать принцип действия, область применения и эксплуатационные шкалы и эксплуатационные характеристики магнитоэлектрических приборов. Привести схему включения магнитоэлектрического измерительного механизма для измерения тока и напряжения, превышающих его номинальные значения. Почему магнитоэлектрические амперметры и вольтметры не могут быть использованы для измерений в цепях переменного тока?

3. Описать принцип действия, область применения и эксплуатационные характеристики электродинамических проборов. Привести схему включения электродинамического ваттметра в цепь переменного тока с применением средств, расширяющих его предел измерений.

4. Рассмотреть схемы, область применения, достоинства и недостатки измерения сопротивлений на постоянном токе одинарным и двойным мостами, омметром, мегомметром и методом амперметра и вольтметра.

5. Дать схемы, условия равновесия моста переменного тока для измерения емкости и индуктивности, и оценку метода измерения. Чем достигаются высокая точность и чувствительность метода?

6. Рассмотреть методы измерения мощности в цепях постоянного и переменного тока.

7. Как определить потери в стали, пользуясь осциллографическим или ваттметровым способом? Как можно разделить потери на гистерезис и вихревые токи? Привести схемы определения потерь.

8. В чем заключается сущность нулевого метода измерения компенсатором постоянного тока? Что и как можно измерить компенсатором постоянного тока? Привести схему измерения. Дайте оценку метода измерения. Чем достигаются точность и чувствительность метода?

9. В чем заключается сущность нулевого метода измерения компенсатором переменного тока? Для измерения каких физических величин используют компенсаторы переменного тока? Каковы точность и чувствительность метода?

10. Каково назначение измерительного трансформатора тока? Приведите формулы погрешности, векторную диаграмму трансформатора, схему для измерения тока при помощи амперметра включенного через измерительный трансформатор тока. В каком режиме работает трансформатор тока?

11. Каково назначение измерительного трансформатора напряжения? В каком режиме он работает? Какие имеет погрешности? Приведите формулы погрешности, векторную диаграмму трансформатора напряжения, схему для измерения напряжения при помощи вольтметра, включенного через измерительный трансформатор напряжения.

12. Какой характер имеет шкала прибора с полупроводниковым выпрямителем и какие внешние факторы влияют на его показатели? Привести электронную схему прибора и уравнение шкалы. Для измерения каких величин используют выпрямительные приборы? Укажите их достоинства и недостатки.

13. Какова область применения ламповых вольтметров? Рассмотреть основные технические характеристики и область применения этих приборов.

14. Для исследования каких процессов применяются светолучевой и электронный осциллографы? Каковы достоинства и недостатки каждого из них? Описать принцип их действия.

15. Какие существуют способы измерения активной мощности? Как устроен электродинамический ваттметр? Привести схемы измерения активной мощности в однофазной и трех фазной цепях и формулы ее подсчета, дать оценку методов измерения.

16. Описать принцип действия цифрового вольтметра постоянного тока. Привести его блок-схему, основные характеристики.

17. Какие динамические характеристики магнитных материалов вы знаете? Описать методы и приборы для их определения, дать оценку каждого метода.

18. Какие статические характеристики магнитных материалов вы знаете? Описать методы и приборы для их определения, дать оценку каждого метода.

19. Как можно измерит сопротивление, ток, напряжение приборами сравнения? Привести электрические схемы. Каковы достоинства и недостатки метода сравнения?

20. Описать принцип действия однофазного индукционного счетчика, его основные характеристики, уравнения шкалы, область применения.

З а д а ч и

1. Для определения мощности постоянного тока были измерены напряжение сети U вольтметром на номинальное напряжение U_н (класс точности N₁), ток I амперметром на номинальный ток I_н (класс точности N₂). Определить мощность приемника, а также относительную и абсолютную погрешности при ее измерении. Параметры приведены в табл. 3.

Таблица 3

Варианты	U, В	Uн, В	класс N1	I, А	Iн, А	класс N1
а	220	300	1,5	350	500	2,5
б	120	150	1,0	10	15	1,5

2. При определении потерь в стали ваттметровым способом были получены следующие данные: показание ваттметра P, амперметра I , вольтметра U. Определить потери в стали и магнитную индукцию, при которой производились измерения, если известно сопротивление последовательной обмотки ваттметра r и амперметра r, сопротивление параллельной обмотки ваттметра r и вольтметра r_в, сечение образца 6,8 см², число витков вторичной обмотки 600; частота сети 50 Гц. Параметры приведены в таблице 4.

Таблица 4

Варианты	U, В	I, А	P, Вт	raw, Ом	ra, Ом	rвw, Ом	rв, Ом
а	80	1	15	0,1	0,1	30000	2500
б	60	0,5	10	0,05	0,1	5000	2000

3. Амперметр на 5 А, предназначенный для включения с трансформатором тока 200/5, имеет шкалу 0-100 дел. и включен через трансформатор тока 500/5. Сколько делений покажет амперметр при измеряемом токе 250 А? Определить наибольшую погрешность измерения, если класс точности прибора 0,5, трансформатора 0,2. Составить схему включения прибора.

4. Активная мощность трех фазной цепи измерена с помощью одинаковых ваттметров. Вычислить реактивную мощность и дать схему включения прибора, применив необходимые способы для расширения их пределов измерения, если известны: линейное напряжение U_л, тока I_л, показания ваттметров a₁ и a₂; номинальные данные U_н, I_н и a_н. Параметры приведены в таблице .

Таблица 5

Варианты	Uл, В	a1, дел	a2, дел	Iл, А	Uн, В	Iн, А	aн, дел
а	380	30	60	10	150	5	150
б	220	60	30	5	150	5	150

5. При измерении активной мощности в трехфазной симметричной цепи методом двух ваттметров показания ваттметров были P₁ и P₂. Определить коэффициент мощности сети и дать схему включения приборов, выбрав необходимые способы расширения пределов измерения ваттметров, так как их номинальные данные 5 А, 150 В и 150 В дел. Построить векторную диаграмму токов и напряжений. Ток сети 10 А, напряжение 220 В. Параметры приведены в таблице 6.

Таблица 6

Варианты	P1, Вт	P2, Вт
а	1200	976
б	1000	950

6. ... Параметры приведены в таблице 7.

Таблица 7

Варианты	rr , Ом	C , А/дел	n, дел
а	1000	0,410	100
б	2000	810	150

7. Составить схему включения для измерения сопротивлением якоря электродвигателя методами амперметра и вольтметра. Сопротивление амперметра r_а , вольтметра r_в . Определить сопротивления якоря и относительную погрешность измерения с учетом и без учета внутреннего сопротивления приборов, если известны показания амперметра и вольтметра . Параметры приведены в таблице 8.

Таблица 8

Варианты	rа , Ом	rв, кОм	I, А	U, В
а	0,01	25	8,5	1,25
б	0,01	210	5	2

8. Цепь постоянного тока напряжением U=100 В состоит из двух последовательно соединенных сопротивлений r₁ и r₂. Требуется измерить напряжение на сопротивлении r₁. Измеряются два вольтметра магнитоэлектрической системы с внутренним сопротивлением r_в1 и r_в2. Определить показания вольтметров при очередном подключении их к r₁, истинное значение напряжения на сопротивлении r₁ (до подключения вольтметра) и методическую погрешность изменения напряжения, вызванную потреблением мощности вольтметром. Параметры приведены в таблице 9.

Таблица 9

Варианты	r1 , Ом	r2, Ом	rв1 , Ом	rв2 , МОм
а	5000	10000	5000	0,5
б	10000	10000	8000	2,0

9. Магнитоэлектрический измерительный механизм рассчитан на напряжение U_н. Требуется измерить ток I и определить при этом цену деления. Известно что при токе I_н стрелка отклоняется на 150 делений. Требуется также составить схему прибора и привести расчет решения пределов его измерения. Параметры приведены в таблице 10.

Таблица 10

Варианты	Uн , мВ	Iн , мА	I, А
а	150	15	15
б	100	10	150

10. Изобразить схемы и подключить погрешности измерения сопротивлений r_x^/ и r_x ^// с помощью амперметра и вольтметра. Амперметр имеет внутреннее сопротивление r _а , вольтметр – r_в . Параметры приведены в таблице 11.

Таблица 11

Варианты	rx/ , Ом	rx //, Ом	r а, Ом	rв , Ом
а	1,5	1820	1,25	2720
б	5	3000	1,25	6000

11. Вольтметр на номинальное напряжение U_н подключен к трансформатору напряжения 6000/100. Определить наибольшую абсолютную и относительную величину погрешности измерения, если классы точности N₁ вольтметра и трансформатора N₂ известны. Привести схему измерения. Параметры приведены в таблице 12.

Таблица 12

Варианты	Uн , В	Класс точности вольтметра N1	Класс точности трансформатора N2
а	150	1,5	1,0
б	300	1,0	0,5

12. Амперметр на номинальный ток I_н, включенный через измерительный трансформатор тока 600/5, показывает ток I₂. Определить ток в сети и наибольшую абсолютную погрешность, которая может быть допущена при определении тока в сети, если известен класс точности прибора N₁ и трансформатора N₂. Параметры приведены в таблице 13.

Таблица 13

Варианты	Iн , А	I2 , А	N1	N2
а	7,5	4,5	0,5	0,2
б	10	4	1,0	0,2

13. Каким образом, используя миллиамперметр на номинальный ток I_н с внутренним сопротивлением r, измерить напряжение U и ток I? Привести схему прибора и расчет изменения приделов измерения. Параметры приведены в таблице 14.

Таблица 14

Варианты	Iн , А	r, Ом	U, В	I, А
а	5	12	150	5
б	10	6	300	10

14. Амперметр на номинальный ток 5 А, вольтметр на номинальное напряжение 150 В, ваттметр на ток 5 А, напряжение 150 В со шкалой 150 дел. включены через трансформаторы тока и напряжения с коэффициентами трансформации равными 100/5 и 600/100 соответственно для измерения тока, напряжения и мощности потребителя. Определить ток, напряжение и мощность, если cosφ был равен 0,8, амперметр показал 3 А, вольтметр – напряжение 50 В.

15. Вольтметр со шкалой 0 – 150 делений на напряжение 300 В подсоединен к сети через измерительный трансформатор напряжения 6000/100. Определить напряжение сети, если стрелка вольтметра остановилась на делении 30. Определить наибольшую погрешность измерения – относительную и приведенную, если класс точности прибора 0,5, трансформатора напряжения 0,5. Составить схему включения.

16. В трехфазной цепи с равномерной нагрузкой и известным cosφ измеряется мощность методом двух одинаковых ваттметров на 150 В, 5 А, 150 дел. Определить показания ваттметров в делениях шкалы, если даны линейный ток I_л и напряжение U_л. Параметры приведены в таблице 15.

Таблица 15

Варианты	cosφ	Iл , А	Uл, В
а	0,2	4	...
б	0,5	3	...

17. За восемь часов работы однофазного потребителя счетчик активной энергии показал W_a , а счетчик реактивной энергии W_р. Найти ток и коэффициент мощности потребителя, если напряжение сети равно U = 120 В. Дать схему включения счетчиков и построить векторную диаграмму тока и напряжения. Параметры приведены в таблице 16.

Таблица 16

Варианты	Wa, кВт*ч	Wр, кВт*ч
а	17,28	23,04
б	31,9	42,5

18. К амперметру на номинальный ток I_н с внутренним сопротивлением r _а , подключен шнур с сопротивлением r_ш. Определить предел измерения амперметра с шунтом и привести схему измерения. Параметры приведены в таблице 17. Параметры приведены в таблице 17.

Таблица 17

Варианты	Iн, А	r а , Ом	rш , Ом
а	10	0,05	0,0125
б	7,5	0,009	0,001

19. Требуется измерить сопротивление, приближено равное r₁ методом амперметра и вольтметра. Необходимо обеспечить погрешность, обусловленную методом измерения, не более γ. По какой схеме надо провести измерения и какое сопротивление должен иметь прибор для выполнения указанного условия? Параметры приведены в таблице 18.

Таблица 18

Варианты	r1, В	γ, %
а	5	+ 0,2
б	1000	+ 0,5

20. На щитке счетчика написано U_н^/ , I_н и передаточное число «1 гВт*ч = N оборотов диска». Определить номинальную действительную постоянные счетчика и его относительную погрешность, если при проверке поддерживались постоянными напряжение U_н и I_н , а диск сделал n оборотов за минуту. Нагрузка сети – активная. Параметры приведены в таблице 19.

Таблица 19

Варианты	Uн , В	Iн , А	N , об	n , об
а	220	5	200	2100
б	220	10	600	1300