
- •Измерение электрических величин
- •Часть 1
- •А.В. Ганькин
- •Техника безопасности при выполнении лабораторных работ
- •Порядок выполнения лабораторных работ
- •Указания к выполнению лабораторных работ
- •Предварительная подготовка к проведению лабораторных работ
- •Основные сведения
- •Основные параметры средств измерений
- •Часть 1. Поверка амперметра магнитоэлектрической системы
- •Лабораторная работа № 2 Изучение приборов электромагнитной системы
- •Теоретическая часть
- •Лабораторная работа № 3 Измерение постоянного тока и напряжения
- •Часть 1. Поверка вольтметра магнитоэлектрической системы
- •Часть 2. Измерение силы постоянного тока косвенным методом
- •Лабораторная работа № 4
- •Часть 1. Измерение переменного тока и напряжения при помощи выпрямительного моста
- •Часть 2. Оценка влияния постоянной составляющей напряжения на показания вольтметра.
- •Лабораторная работа № 5 Расширение пределов измерения амперметра и вольтметра при помощи шунта и добавочного сопротивления
- •Лабораторная работа № 6
- •5. Душин е. М. Основы метрологии и электрические измерения. -м. Энергоатомиздат, 1987. -480 с.
- •6. Евтихеев н.Н., Купершмидт а.А., Популовский в.Ф., Скугоров в.Н. Измерение электрических и неэлектрических величин. – м. Энергоатомиздат, 1990. -352 с.
- •8. Крекрафт д., Джерджли с. Аналоговая электроника. Схемы, системы, обработка сигнала. Перевод с английского а.А.Кузьмичевой под редакцией а.А.Лапина. –м., Техносфера. -2005. -359 с.
Лабораторная работа № 5 Расширение пределов измерения амперметра и вольтметра при помощи шунта и добавочного сопротивления
Цель работы: Изучить методы расширения пределов измерения амперметра и вольтметра, оценить погрешность вводимую шунтом и добавочным сопротивлением
Оборудование: «Модуль питания», модули: «Нагрузка», «Приборы магнитоэлектрической системы», «Наборное поле», «Мультиметры»; соединительные проводники.
Теоретическая часть
Перед выполнением лабораторной работы, необходимо ознакомится с разделом «Основные сведения».
В практике электрических измерений встречается необходимость измерить токи, напряжения и другие величины в очень широком диапазоне их значений.
Для того чтобы использовать измерительные механизмы для различных пределов измерения токов, напряжений и других величин широко применяются масштабные измерительные преобразователи и в частности шунты (включаются параллельно измерительным механизмам) и добавочные сопротивления (включаются последовательно с измерительными механизмами).
Если сила тока, протекающего в цепи, превышает предельно допустимый ток амперметра, то для того, чтобы этот амперметр использовать в данной цепи, применяется метод шунтирования. Он заключается в подключении параллельно амперметру шунтирующего сопротивления Rш. В этом случае часть тока пойдет через амперметр IА, а часть – по шунтирующему сопротивлению IШ, а сумма этих токов равна полному току в электрической цепи I0:
.
Отсюда следует формула расчета шунтирующего сопротивления:
,
где rA – сопротивление амперметра.
Откуда:
(4)
где - n коэффициент, показывающий, во сколько раз ток в цепи превышает предельный ток амперметра.
Для расширения пределов измерения вольтметра используется последовательное подключение к нему добавочного сопротивления, которое вместе с сопротивлением вольтметра образует фиксированный делитель напряжения. Коэффициент деления n должен соответствовать отношению напряжения, которое необходимо измерить, к предельному напряжению вольтметра:
,
где U0 – напряжение в измеряемой цепи;
UV – предельное напряжение вольтметра.
Полное напряжение равно сумме напряжений на вольтметре и добавочном сопротивлении
,
где UД – падение напряжения на добавочном сопротивлении.
Напряжения на сопротивлении вольтметра и на добавочном сопротивлении пропорциональны величинам их сопротивлений:
,
, (5)
где RV – внутреннее сопротивление вольтметра.
Амперметр с шунтирующим сопротивлением и вольтметр с добавочным сопротивлением следует рассматривать как новые приборы с расширенными диапазонами измерения.
Порядок выполнения лабораторной работы
Изучить теоретический материал достаточный для выполнения лабораторной работы. Ответить на контрольные вопросы и получить у преподавателя допуск к проведению лабораторной работы.
Собрать схему электрическую соединений лабораторного стенда для изучения расширения пределов измерения амперметра шунтирующим сопротивлением (рисунок 5.1). Монтаж схемы производить при отключенном питании.
Для монтажа использовать:
PA1 – амперметр магнитоэлектрической системы;
PA2 – мультиметр 2 в режиме измерения постоянного тока «mA», в данной схеме является образцовым прибором, для определения погрешности измерения;
R1 – резистор Rн1 модуля «Нагрузка»;
Rш – шунт, в качестве которого использовать магазин сопротивлений.
Входы схемы «0…+15В» и «» подключить к соответствующим гнездам регулируемого канала «Модуля питания и измерений», повернуть регулятор настройки выходного напряжения этого канала против часовой стрелки до упора.
В данной лабораторной работе поверяемым прибором является амперметр магнитоэлектрической системы (PA1) с шунтом. За образцовый прибор принимается цифровой мультиметр (PA2), так как его класс точности намного выше.
Рисунок 5.1 Схема электрическая соединений лабораторного стенда для изучения расширения пределов измерения амперметра: «2» – гнездо «9,9» магазина сопротивлений; «3» – гнездо «0» магазина сопротивлений.
Рассчитать сопротивление шунта Rш (по формуле (4)), увеличивающего диапазон измерений амперметра PA1 в n=3 раза. Установить это значение на магазине сопротивлений, соответствующими переключателями. Сопротивление амперметра было измерено в лабораторной работе №1 в пунктах 5 – 7.
Последовательно включить автоматический выключатель и устройство защитного отключения «Сеть». Включить мультиметр.
Увеличивая силу тока в цепи от 0 до 150 мА с шагом 10мА (контролируя значение тока амперметром PA2), заносить показания амперметров в таблицу 6.1.
Повторить измерения согласно пункту 5 при уменьшении силы тока в цепи от 150мА до 0 с шагом 10мА. Отключить питание стенда автоматом и устройством защитного отключения «Сеть».
Таблица 5.1 – Результаты измерений
№ опыта |
1 |
2 |
… |
N |
IPA1ув, мA |
|
|
|
|
IPA1ум, мA |
|
|
|
|
IPA2ув, мA |
|
|
|
|
IPA2ум, мA |
|
|
|
|
Собрать схему электрическую соединений лабораторного стенда для изучения расширения пределов измерения вольтметра добавочным сопротивлением (рисунок 5.2). Монтаж схемы производить при отключенном питании.
Для монтажа использовать:
PV1 – вольтметр магнитоэлектрической системы;
PV2 – мультиметр 2 в режиме измерения постоянного напряжения «V»;
Rд – магазин сопротивлений, используемый в качестве добавочного сопротивления.
Входы схемы «0…+15В» и «» подключить к соответствующим гнездам регулируемого канала «Модуля питания и измерений», повернуть регулятор настройки выходного напряжения этого канала против часовой стрелки до упора.
В данной лабораторной работе поверяемым прибором является вольтметр магнитоэлектрической системы (PV1) с добавочным сопротивлением. За образцовый прибор принимается цифровой мультиметр (PV2), так как его класс точности намного выше.
Рисунок 5.2 – Схема электрическая соединений лабораторного стенда для изучения расширения пределов измерения вольтметра: «2» - гнездо «99999,9» магазина сопротивлений; «3» - гнездо «0» магазина сопротивлений.
Рассчитать добавочное сопротивление RД (по формуле (5)), увеличивающего диапазон измерений вольтметра PV1 в n=2 раза. Установить это значение на магазине сопротивлений. Сопротивление вольтметра PV1 было измерено в лабораторной работе №3 в пунктах 5-6.
Последовательно включить автоматический выключатель и устройство защитного отключения «Сеть». Включить мультиметр.
Увеличивая напряжение источника питания от 0 до 14 В с шагом 1 В (контролируя вольтметром PV1), заносить показания вольтметров PV1 и PV2 в таблицу 5.2.
Повторить измерения согласно пункту 10 при уменьшении напряжения от 14В до 0 с шагом 1В.
Таблица 6.2 – Результаты измерений
№ опыта |
1 |
2 |
… |
N |
UPV1ув, В |
|
|
|
|
UPV1ум, В |
|
|
|
|
UPV2ув, В |
|
|
|
|
UPV2ум, В |
|
|
|
|
После завершения экспериментов и проверки результатов преподавателем необходимо разобрать схему, предоставить стенд в полной комплектности и исправности преподавателю или лаборанту.
Обработка результатов
По данным таблиц 5.1 – 5.2 рассчитать среднее значение силы тока и напряжения (измеренного цифровым и аналоговым вольтметрами) для каждого пункта измерения по формулам:
Полученные значения занести в таблицу 5.3.
Считая мультиметр образцовым прибором рассчитать относительную погрешность измерения тока δI и напряжения δV. Сравнить со значениями, полученными в лабораторных работах №2 и №3. Сделать вывод о погрешности, вводимой шунтирующим и добавочным сопротивлением.
Таблица 5.3 – Расчетные данные
№ п.п. |
1 |
2 |
… |
N |
IPA1, мA |
|
|
|
|
IPA2, мA |
|
|
|
|
UPV1, В |
|
|
|
|
UPV2, В |
|
|
|
|
ΔU, В |
|
|
|
|
ΔI, мА |
|
|
|
|
δI, % |
|
|
|
|
δV, % |
|
|
|
|
Контрольные вопросы
Дайте определение диапазона измерений.
Назначение шунтов и добавочных сопротивлений.
Как определить параметры шунтов и добавочных сопротивлений?
Каким образом подключаются к измерительным приборам добавочное и шунтирующее сопротивления?