23 Билет

1. Аналогтық аспаптардың өлшеуіш механизмдері, олардың түрлері, шартты белгілері, жұмыс істеу принциптері, шкалаларының теңдеулері.

Электрөлшеу аспаптарына (ЭӨА) электр шамаларын өлшейтін құрылғылар жатады. ЭӨА-ның жұмыс істеу схемасы: (өлшеу сұлба)->(өлшеуіш механизм)->(санағыш құрал).

Әр түрлі электр шамаларын өлшеу үшін магнитоэлектрлік, электромагниттік, электрдинамикалық, ферродинамикалық және электростатикалық жүйелерде істейтін өлшеуіш механизмдер (ӨМ) қолданады. 4.1суретте ӨМ жүйелерінің шартты белгілері келтірілген.

Бұл суретте солдан оңға қарай: магнитоэлектрлік (а), электромагниттік (б), электродинамикалық (в), ферродинамикалық( г) және электростатикалық (д) жүйелер.

Магнитоэлектрлік жүйе. Бұл жүйелік аспаптар тұрақты магниттің магнит өрісімен тоғы бар орауыштың өзара электрмагниттік әрекетіне байланысты жұмыс істейді

Өлшейтін ток қарсылық серппе арқылы орауыш арқылы өткен кезде аспаптың тілі мына заңмен шкаланың бірер шама бөлістерін көрсетеді

                                                     

мұнда В – индукция;

W – серппенің меншікті қарсылық моменты;

S – ӨМ-ның сезімталдығы;

w – оралым саны.

Электромагниттік жүйенің өлшеуіш механизмінің жұмысы өлшейтін ток тұрақты орауыштан өткенде пайда болатын магниттік өрістің жылжымалы феррамагниттік тіліктің (пластина) арасындағы электрмагниттік әсерге негізделген.

Электродинамикалық өлшеуіш механизмның жұмыс істеу принципі магнитоэлектрлік механизммен бірдей, бірақ бір айырмашылығы бар, ол егер магнитоэлектрлік механизмде магнит өрісі тұрақты магнит арқылы пайда болса, ал электродинамикалық механизмде өлшейтін ток тұрақты орауышты өткенде пайда болады. Бұл механизмде магниттік материалдар қолданылмайды, сондықтан қалдық, магниттелудің, гистерезистің, не құйын токтың, өлшеу қателіктеріне әсері жоқ.

Ферродинамикалық өлшеуіш механизм электрдинамикалық өлшеуіш механизмнің бір түрі болып саналады, онда жұмысшы ағын (магнит өрісі) жеке магнитөткізгіште жиналған. Ферродинамикалық өлшеуіш механизмнің шкаласы токты не кернеуді өлшегенде квадраттық болып келеді, ал қуатты өлшегенде біркелкі болады.

Электрстатикалық өлшеуіш механизмдер тек қана үлкен тұрақты не айнымалы токтың кернеулерін өлшеуге арналған.Бұл аспаптардың жұмысы зарядталған екі пластиналардың бір біріне электрлік әсеріне негізделген.

2) Көп функционалдық тәуелділіктегі электр шамаларын жанама әдіспен өлшегенде туындайтын қателіктерді табу

При прямых измерениях не всегда удается получить значение всех исследуемых величин (токов, напряжений, мощности, фазы и др.) методом прямого измерения. Это обусловливается отсутствием специальных приборов прямого измерения или невозможностью подключения прибора к некоторым элементам цепи и другими причинами.

Кроме того, не всегда целесообразно производить непосредственное измерение всех интересующих величин, если они могут быть получены с достаточной точностью из функциональных зависимостей, связывающих их с измеряемыми величинами. Это позволяет проводить эксперимент быстрее и с меньшими аппаратурными затратами за счет уменьшения числа измерений.

Измерение тока с помощью электронных вольтметров. Косвенный метод измерения тока с помощью электронного вольтметра заключается в следующем. В ветвь, в которой необходимо измерить ток, последовательно с нагрузкой включают образцовый резистор R₀. Падение напряжения на этом резисторе измеряют с помощью электронного вольтметра, так как он работает в широком диапазоне частот и потребляет от измеряемой цепи малую мощность, что способствует обеспечению минимума методической погрешности.

Ток, текущий через резистор R₀, а следовательно, и по всей цепи (рис. 8.6), определяется законом Ома:  , где U₀ – показание вольтметра, включенного параллельно резистору R₀.

 

Рисунок  8.6–Измерение тока с помощью электронного вольтметра

 

Включать резистор R₀ следует в разрыв проводника, идущего от корпуса генератора.

В этом случае корпусная точка измерительного прибора соединяется с корпусом генератора, что обеспечивает меньшее влияние помех и стабильность работы вольтметра. Минимум методической погрешности обеспечивается при правильном выборе сопротивления резистора R₀. Чем меньше сопротивление R₀, тем меньше оно оказывает влияние на ток, протекающий в искомой ветви.

С другой стороны, чем меньше падение напряжения на резисторе, тем труднее его точно измерить, поскольку больше сказывается влияние различных наводок, увеличение погрешности вольтметра на малых пределах измерения. Поэтому сопротивление R₀, а, следовательно, падение напряжения на нем должны быть наибольшими. В этом случае принимают компромиссное решение, выбирая сопротивление R₀ по условию: R₀ < 0,1Z_Н, здесь Z_Н – модуль сопротивления ветви в том месте, где измеряется ток. В этом случае ток в ветви при включении резистора R₀ изменится незначительно. Значение сопротивления цепи Z_Н можно определить с помощью приближенного предварительного расчета или экспериментально. В лабораторных стендах имеются эталонные резисторы, сопротивление которых составляет 1 Ом, или любые другие, набранные с помощью магазинов сопротивления. Для этих целей можно использовать также резисторы цепи с известным сопротивлением.

Косвенный метод измерения тока наиболее широко применяется в цепях переменного тока с частотой от 500 Гц до 10 МГц.

Измерение мощности. Сущность косвенного измерения мощности в цепях постоянного тока заключается в измерении с помощью вольтметра и амперметра напряжения U и тока I цепи, в вычислении мощности по ранее приведенной формуле P = UI.

Анализ показывает, что погрешность измерения мощности будет минимальной при включении измерительных приборов по схеме, приведенной на рис. 8.7,а, если выполняется условие

,

где   – сопротивление нагрузки; R_А – сопротивление амперметра;   – сопротивление вольтметра, или по схеме рис. 8.7,б при условии

 .

а)                                                      б)

Рисунок  8.7–Электрическая схема для измерения мощности  косвенными методами

Учитывая, что R_V является весьма большим, а R_А – весьма малым, можно считать I ≈ I_н, U ≈ U_н.

Для известного сопротивления нагрузки R_н потребляемая им мощность определяется из выражения P= I ²R_н.

Для измерения мощности косвенным методом в цепях переменного тока применяются амперметр, вольтметр и фазометр. При этом активная мощность Ропределяется по формуле  .

Если прямым методом измерены значения напряжения U, тока I и мощности P, величина cosφ определяется расчетным путем: сosφ =         

Измерение параметров электрической цепи R, С, L, Z. Основными элементами электрической цепи с сосредоточенными параметрами являются: резистор, конденсатор, катушка индуктивности. Им соответствуют основные параметры: активное сопротивление электрическому току R, емкость С, индуктивность L.

Метод амперметра-вольтметра. Этот метод основан на раздельном измерении тока I в цепи измеряемого сопротивления R_Х и напряжения U на его зажимах и на последующем вычислении значения R_Х по показаниям измерительных приборов:

R_Х  =  .

При измерении малых сопротивлений порядка 0,01…100 Ом постоянному току применяют схему, показанную на рис. 8.8,а. С помощью реостата R₁устанавливают приемлемое значение тока в цепи.

а)

 

б)

Рисунок  8.8–Измерение параметров электрической цепи

 

В схеме (см. рис. 8.8,а) вольтметр показывает значение напряжения на зажимах R_Х (U = U_Х ), амперметр – сумму токов I_А = I_V + I, следовательно

,

где I_V – ток, проходящий через вольтметр; R_V – внутреннее (входное) сопротивление вольтметра

R_V  >>R_X, то R_Х  ≈  .

Абсолютная методическая погрешность ΔR_Х определяется по формуле

,        

а относительная погрешность (в %)

.

Для измерения больших сопротивлений (до сотен кОм и более) применяют схему (рис. 8.8,б), где амперметр регистрирует значение тока в цепи R_Х (I = I_А), а вольтметр – сумму падений напряжений (U + U_A).

По показаниям приборов можно вычислить результат измерения

,

где R_А – внутреннее сопротивление амперметра.

Абсолютная погрешность   и относительная (в %)  .

Учитывая, что R_А << R_X, можно считать U ≈ U_V .

Нужно иметь в виду, что погрешность измерения методом вольтметра и амперметра всегда больше суммы приведенных погрешностей используемых приборов. Однако, считая, что знак погрешностей измерения известен, их можно всегда учесть.

Метод амперметра-вольтметра можно применять для измерения на переменном токе модуля полного сопротивления цепи Z_Х по схеме, представленной на рис. 8.9.

 

Рисунок  8.9–Электрическая схема для измерения модуля полного сопротивления цепи

В этом случае

,

где R, X – соответственно активная и реактивная составляющие сопротивления.

Для обеспечения минимальной погрешности измерения входное сопротивление вольтметра на частоте измерения должно удовлетворять условию Z_вх >> Z_Х.

Из предыдущего выражения следует, что метод амперметра-вольтметра можно применять для измерения активного сопротивления резистора переменному токуR, когда его индуктивными и емкостными составляющими сопротивления можно пренебречь; а также для измерения индуктивности L катушки и емкости Сконденсатора, отличающихся высокой добротностью (т.е. когда активное сопротивление катушки R_L чрезвычайно мало, а сопротивление изоляции конденсатора весьма велико).

В этом случае

,  ,

где f – частота питающего напряжения.

3) Берілгені: 2 өлшеуіш аспап, номиналдық токтары =100 мА, шкаласының бөліс саны = 100 1 аспаптың дәлдік класы - 1,0; екіншісіне - 0,5. Өлшенген ток =50 мА.

Табу керек: 2 аспаптың көрсету ауқымын.

Iө=Iк