Контрольні запитання

 

1. Як вибирають границю вимірювання приладу?

2. Чим кількісно характеризують точність вимірювань?

3. Як встановлюється зведена похибка вимірювань?

4. Що таке абсолютна похибка вимірювань?

5. Що таке відносна похибка вимірювань?

6. Для якого з амперметрів з опором 0,5 Ом і 2,5 Ом методична похибка вимірювання струму менша?

7. Як записуються результати вимірювань?

8. З чого складається відносна похибка непрямого

вимірювання струму?

 

Робота 2

Тема роботи: розширення меж вимірювання вимірюваль-них механізмів постійного і змінного струму

 

Мета роботи: навчитися використовувати пристрої для розширення меж вимірювання приладів в колах постійного і змінного струму.

 

Теоретичні відомості

 

Принцип дії вимірювального механізму магнітоелект-ричної системи заснований на взаємодії магнітного поля постійного магніту і рухомої котушки (рамки) по якій протікає струм. В результаті цієї взаємодії створюється обертовий момент, що впливає на рухому частину механізму. Кут повороту рухомої частини вимірювального механізму магнітоелектричної системи пропорційний вимірюваному струму, тому вимірю-ваний струм може бути визначений по куту повороту рухомої частини вимірювального механізму:

α = S₁·I, а I = C_I·.α, (2.1)

де α – кут повороту рухомої частини; S₁ – коефіцієнт пропорцій-ності (чутливість по струму); С_І – постійна по струму.

За кутом повороту рухомої частини можна визначити також напругу на затискачах вимірювального механізму:

U = I·R = C_I·α·R = C_U·α, (2.2)

де C_U – постійна по напрузі.

Безпосередньо вимірювальним механізмом магнітоелект-ричної системи можна виміряти струми до 30 мА, а напруги в декілька десятків мілівольт. Для того, щоб розширити межі вимірювання по струму, застосовують шунти (рис.2.1,а).

Шунтом є провідник малого опору, що включається послідовно в коло вимірюваного струму за допомогою струмових затискачів “А” і “Б”.

Паралельно шунту за допомогою потенційних затискачів “а” і “б” приєднується вимірювальний механізм. Вимірюваний струм I, дійшовши до точки “а”, розгалужується на дві частини: Iш – струм, що проходить через шунт, і I_в – струм, що проходить через вимірювальний механізм.

а б

Рис. 2.1. Розширення меж вимірювання приладів за

допомогою шунтів і додаткових резисторів

 

Чим менший опір шунта, тим більший струм проходить через нього і тим менший через вимірювальний механізм:

I_ш/I_в = R_в/R_ш, (2.3)

де R_ш – опір шунта; R_в – опір вимірювального механізму.

Звідси I_ш = I_в·R_в/R_ш, а вимірюваний струм:

I = I_в + I_ш = I_в + I_в · R_в/R_ш = I_в · (1 + R_в / R_ш ). (2.4)

Відношення вимірюваного струму до струму у вимірю-вальному механізмі називається коефіцієнтом розширення меж вимірювання амперметра n:

n = I/_Iв. (2.5)

Знаючи цей коефіцієнт і опір вимірювального механізму, можна визначити опір шунта, необхідного для отримання заданої межі вимірювання:

R_ш = R_в/(n – 1). (2.6)

Для розширення меж вимірювання по напрузі застосо-вуються додаткові резистори. Додаткові резистори включаються послідовно з вимірювальним механізмом (рис.2.1.б). При цьому падіння напруги розподіляється між вимірювальним механізмом і додатковим резистором пропорційно величинам їх опорів:

U_в / U_д = R_в /R_д. (2.7)

Відношення величини напруги, до якої необхідно розши-рити межі вимірювання, до спаду напруги на опорі вимірю-вального механізму називається коефіцієнтом розширення меж вимірювання вольтметра m:

m = U/U_в. (2.8)

Якщо межу вимірювання по напрузі необхідно розширити в m раз, то:

U = U_в · m = U_в + U_д = I ·(R_в + R_д), (2.9)

звідки величина додаткового опору дорівню:

R_д = R_в·(m – 1). (2.10)

У колах змінного струму для розширення меж вимірювання приладів по напрузі застосовуються вимірювальні трансформатори напруги (ВТН). Вони використовуються для підключення вольтметрів, частотомірів, обмоток напруги ватметрів, лічильників і інших приладів.

Схема включення трансформатора напруги зображена на рис.2.2,а.

Так як вторинна обмотка трансформатора замкнута на великі опори обмоток напруги приладів, то струм у вторинній обмотці малий, тобто трансформатор напруги працює в режимі, близькому до режиму холостого ходу. Це дає право нехтувати незначним падінням напруги в обмотках трансформатора, які складають близько 1% від відповідних номінальних напруг обмоток, і прийняти U₁ ≈Е₁ і U₂ ≈ Е₂ –, тоді:

К_U = U₁/U₂ ≈ E₁/E₂ = w₁/w₂ , (11)

де К_U – коефіцієнт трансформації трансформатора напруги.

 

а б

Рис.2.2. Розширення меж вимірювання приладів за допомогою вимірювальних трансформаторів струму і напруги

У колах змінного струму для розширення меж вимірювання приладів по струму застосовуються вимірювальні трансформатори струму (ВТС). Вони використовуються для підключення амперметрів і струмових обмоток ватметрів, лічильників і інших приладів. Схема включення трансформатора струму показана на рис.2.2,б.

Оскільки вторинна обмотка трансформатора струму замкнута на малі опори струмових обмоток приладів, то трансформатор струму працює в режимі, близькому до режиму короткого замикання. Якщо знехтувати магніторушійною силою холостого ходу, яка складає 0,5–1 % від магніторушійної сили первинної обмотки, то I₁ · w₁ = I₂ · w₂ і тоді:

К_І = I₁/I₂ = w₂ /w₁, (2.12)

де К_І – коефіцієнт трансформації трансформатора струму.

Дійсне значення коефіцієнта трансформації завжди відрізняється від заданого, тому користуються нормованими значеннями КІН і КUН – номінальні коефіцієнти трансформації струму і напруги, що зазвичай вказуються на панелі приладу.

Якщо розімкнути вторинну обмотку трансформатора струму, то, внаслідок зникнення розмагнічуючого магнітного потоку вторинної обмотки, потік трансформатора зростає і, отже, зростає ЕРС вторинної обмотки до небезпечної величини. З іншого боку, із збільшенням потоку зростають втрати в сталі трансформатора, що приводить до надмірного нагріву сердечника і псування ізоляції обмоток. Тому забороняється працювати з трансформатором струму, вторинна обмотка якого розімкнена. При будь-якому вимірюванні за допомогою вимірюваль-них трансформаторів отримане значення величини відрізняється від дійсного. Точність вимірювання оцінюється відносною похибкою вимірювання:

δ (%) = (Х_в – Х)∙100 / Х, (2.13)

де Х_в – виміряне значення вимірюваної величини; Х – дійсне значення вимірюваної величини.

 

Обладнання робочого місця:

1. Амперметр

2. Вольтметр

3. Трансформатор напруги

4. трансформатор струму

5. З’єднувальні провідники.

Хід виконання роботи:

1. Ознайомитись з апаратурою і приладами, необхідними для виконання роботи, записати їх основні технічні характеристики в таблицю 2.3.

2. Зібрати схему для розширення меж вимірювання по струму (рис. 2.1,а).

3. Після перевірки викладачем, ввімкнути схему в коло постійного струму і плавно змінюючи струм записати 3-4 покази амперметрів. Визначити опір шунта R_ш через покази контрольного амперметра, прямо ввімкненого в вимірювальне коло, і амперметра, ввімкненого через шунтуючий опір. З врахуванням величини опору шунта визначити ціну поділки амперметра по даній шкалі.

4. Визначити абсолютну і відносну похибки вимірювання, прийнявши за дійсне значення покази контрольного амперметра.

5. Зібрати схему для розширення меж вимірювання по напрузі (рис. 2.1,б), здійснити вимірювання як в п.3-4.

6. Скласти схему розширення меж вимірювання струму з використанням вимірювального трансформатора струму (рис. 2,а)

7. Після перевірки викладачем, ввімкнути схему в мережу змінного струму і при 3-4 значеннях навантаження зняти покази амперметра прямого вмикання і амперметра, ввімкненого через ВТС.

8. Записати коефіцієнт трансформації трансформатора струму і визначити похибку вимірювання струму, прийнявши за дійсне значення величину, виміряну амперметром прямого вмикання.

9. Повторити дослід з використанням вимірювального трансформатора напруги для розширення меж вимірювання вольтметра (рис.2.2,б.)

10.   Записати результати дослідів до таблиць 2.1…2.3.

 

Таблиця 2.1

Розширення меж вимірювання струму і напруги за допомогою шунтів і додаткових резисторів

№

Покази контрольного амперметра IA

Покази досліджуваного амперметра IAШ

Опір шунта Rш

Ціна поділки амперметра САШ

Покази контрольного вольтметра UV

Покази досліджуваного вольтметра UVд

Опір додаткового резистора Rд

Ціна поділки вольтметра UV

Абсолютна похибка вимірювання ΔI

Абсолютна похибка вимірювання ΔU

Відносна похибка вимірювання δI

Відносна похибка вимірювання δU

A

А

Ом

А

B

В

Ом

В

А

B

%

%

Таблиця 2.2

Розширення меж вимірювання струму і напруги за допомогою трансформаторів струму і напруги

№	Покази контрольного амперметра IA	Покази досліджуваного амперметра IТA	Коефіцієнт трансформації ВТС КІН	Покази контрольного вольтметра UV	Покази досліджуваного вольтметра UТV	Коефіцієнт трансформації ВТН КVН	Абсолютна похибка вимірювання ΔІ,	Відносна похибка вимірювання δІ	Абсолютна похибка вимірювання ΔU,	Відносна похибка вимірювання δU
	A	А	А/А	В	В	В/В	А	%	В	%

 

Таблиця 2.3

Технічні характеристики засобів вимірювання

№	Назва засобу вимірювання	Тип (система)	Границя вимірювання	Клас точності	Внутрішній опір