Министерство аграрной политики Украины

Государственный комитет рыбного хозяйства

Керченский государственный морской технологический университет

Кафедра электрооборудования судов и автоматизации производства

Основы метрологии

и

электрических измерений

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по выполнению лабораторных работ для студентов направления

6.050702 «Электромеханика»

специальности

"Электрические системы и комплексы транспортных средств"

Керчь, 2009

Авторы: Коваленко Г.А., ст. преподаватель кафедры ЭСиАП КГМТУ

Рецензент: Голиков С.П.., к.т.н., зав.кафедры кафедры ЭСиАП КГМТУ

Методические указания рассмотрены и одобрены на заседании кафедры ЭСиАП КГМТУ,

протокол №4 от 15.10.2009г.

Методические указания рассмотрены и рекомендованы к утверждению на заседании методической комиссии МФ КГМТУ,

протокол №3 от 16.12.2009г.

Методические указания утверждены на заседании Методического совета МФ КГМТУ,

протокол №_____от ___________2009г.

 Керченский государственный морской технологический университет

Содержание

Лабораторная работа №1

Исследование электромеханических приборов …………………………… 4

Лабораторная работа №2

Проверка приборов с термоэлектрическим преобразователем сопротивления …….………… 7

Лабораторная работа №3

Проверка термоэлектрического термометра………………………………………… 12

Лабораторная работа №4

Расширение пределов измерения приборов магнитоэлектрической системы 16

Лабораторная работа №5

Изучение устройства и ознакомление с некоторыми применениями

электронного осциллографа ………………………………. 20

Лабораторная работа №6

Измерение частоты и сдвига фаз с помощью осциллографа ………… 24

Лабораторная работа №7

Измерение параметров синусоидальных и импульсных сигналов. 29

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

Тема: Исследование электромеханических приборов.

Цель: Изучение принципа действия измерительных приборов магнитоэлектрической и электромагнитной систем и методов их проверки.

1. Теоретические положения

Аналоговыми измерительными приборами называются приборы, показания которых являются непрерывной функцией изменений измеряемой величины. Важным классом аналоговых приборов являются электромеханические показывающие приборы прямого действия.

Примерами таких приборов являются магнитоэлектрические и электромагнитные приборы.

В приборах магнитоэлектрической системы используется взаимодействие поля постоянного магнита с катушкой (рамкой), по которой протекает ток.

В приборах магнитоэлектрической системы угол отклонения подвижной части пропорционален току, протекающему по рамке. Изменение направления тока ведет к изменению направления угла отклонения рамки.

Магнитоэлектрические приборы относятся к числу наиболее чувствительных и точных. Изменения температуры окружающей среды и внешние магнитные поля мало влияют на их работу. Равномерный характер шкалы и малое потребление энергии также являются достоинствами этих приборов. Вследствие инерционности магнитоэлектрические приборы реагируют только на постоянную составляющую тока. Для измерений в целях переменного тока требуется предварительное преобразование переменного тока в постоянный.

Приборы магнитоэлектрической системы (рисунок 1.2.1) состоят из следующих основных частей:

1 - постоянный магнит; 5 и 6 – полуоси;

2 - полюсные накладки; 7 и 8 - противодействующие пружины;

3 - неподвижный сердечник; 9 - указательная стрелка;

4 - подвижная рамка с обмоткой; 10 – противовесы.

Амперметры. Магнитоэлектрический механизм, включенный непосредственно в измерительную цепь, позволяет измерять малые постоянные токи, не превышающие 20-50 мА. Превышение указанных значений может привести к повреждениям провода рамки и спиральной пружины. Поэтому, магнитоэлектрический механизм может выступать только в роли микро- или миллиамперметра. Для измерения больших токов используют измерительные цепи, включающие в себя шунты - манганиновые резисторы, сопротивление которых мало зависит от температуры.

Шунт включается в схему параллельно прибору (рисунке 1.2.2,а), основная часть измеряемого тока проходит через шунт, ток же, проходящий через рамку измерительного механизма, не превышает допустимого значения.

Сопротивление шунта:

, тогда

Вольтметры. Схема подключения вольтметра магнитоэлектрической системы приведена на рисунке 1.2.2,б. Добавочный резистор R_доб, включенный последовательно с рамкой измерительного механизма, ограничивает ток полного отклонения I, протекающего через нее, до допустимых значений. При этом падение напряжения на рамке U_и зависит от сопротивления рамки R_и и обычно не должно превышать десятков милливольт. Остальная часть измеряемого напряжения U должна падать на добавочном сопротивлении.

Значение добавочного сопротивления можно найти:

.

1.2. Принцип действия электромагнитной системы основан на взаимодействии магнитного поля, создаваемого током в неподвижной катушке, с подвижным ферромагнитным сердечником. Схема устройства измерительного механизма прибора электромагнитной системы представлена на рисунке 1.2.3.

В измерительный механизм электромагнитной системы входит:

1 - катушка;

2 - указательная стрелка;

3 - шкала;

4 - противодействующая пружина;

5 - сердечник;

6 – успокоитель.

Под действием магнитного поля сердечник втягивается внутрь катушки. Подвижная часть механизма поворачивается до тех пор, пока вращающий момент не уравновесится противодействующим моментом, создаваемым пружиной.

Угол поворота подвижной части механизма пропорционален квадрату действующего значения тока, т.е. не зависит от направления тока, поэтому электромагнитные приборы одинаково пригодны для измерений в цепях постоянного и переменного тока. Линеаризация шкалы производится при помощи выбора специальной формы сердечника.

К достоинствам приборов электромагнитной системы относятся: простота конструкции, низкая стоимость, надежность, способность выдерживать большие перегрузки, пригодность для измерения в цепях постоянного и переменного тока.

Недостатками являются: большое собственное потребление энергии, малая точность, малая чувствительность, сильное влияние внешних магнитных полей.

Приборы электромагнитной системы в основном применяются в качестве щитовых амперметров и вольтметров переменного тока промышленной частоты. Класс точности этих приборов 1,5 и 2,5.

Амперметры. Промышленностью выпускаются амперметры с номинальным током от долей ампера до 200 А. Наиболее распространены амперметры на 5 А, поскольку на практике для расширений пределов измерения используются трансформаторы тока, причем номинальное значение тока во вторичной обмотке выбирается, как правила, 5 А.

Вольтметры. Промышленностью выпускаются электромагнитные вольтметры с номинальным напряжением от долей вольта до сотен вольт. Для расширения пределов измерения вольтметров используются добавочные сопротивления, поэтому приборы можно выполнять многопредельными.

Вольтамперметр электронный цифровой. Прибор представляет собой помехоустойчивый цифровой вольтамперметр и предназначен для измерения постоянного напряжения и силы постоянного тока.

По принципу действия прибор представляет собой времяимпульсный электронный цифровой вольтметр с предварительным интегрированием входного сигнала за время, равное периоду сети 50 Гц. Прибор выполнен в виде настольного переносного прибора в одном футляре. Узлы прибора смонтированы в трех блоках, соединяющихся между собой разъемами.

В приборе применяется переменное напряжение 220 В и выпрямленное напряжение 100 В на печатных платах блока дискретных устройств.