MSiS-2019_ch2

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

КВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ»

НА СТЕНДАХ ЭИОМ

ЧАСТЬ 2

ОМСК 2019

0

Министерство транспорта Российской Федерации Федеральное агентство железнодорожного транспорта Омский государственный университет путей сообщения

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

КВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ»

НА СТЕНДАХ ЭИОМ

Часть 2

Утверждено методическим советом университета

Омск 2019 1

УДК 621.317(075.8)

ББК 31.22я73

У91

Учебно-методическое пособие к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация» на стендах ЭИОМ. Часть 2 / А. А. Кузнецов, А. А. Комяков, А. Л. Каштанов, А. Ю. Кузьменко; Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2019. 35 с.

Целью издания учебно-методического пособия является оказание помощи студентам при изучении научно-технических, методических и организационных основ метрологии, стандартизации и сертификации. Приведены лабораторные работы, соответствующие изучаемому материалу.

Представлены элементы теории, описание лабораторного стенда, порядок выполнения лабораторных работ и контрольные вопросы для освоения дисциплины «Метрология, стандартизация и сертификация».

Предназначено для студентов очной и заочной форм обучения, обучающихся по специальностям «Системы обеспечения движения поездов» (специализации «Электроснабжение железных дорог» и «Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте»), «Подвижной состав железных дорог» (специализация «Электрический транспорт железных дорог»), направлениям подготовки бакалавриата «Электроэнергетика и электротехника», «Стандартизация и метрология», «Приборы и методы контроля качества и диагностики», «Таможенное дело», «Управление качеством», «Инновационный менеджмент».

Библиогр.: 8 назв. Табл. 8. Рис. 18.

Рецензенты: доктор техн. наук, профессор В. Н. Горюнов; доктор техн. наук, профессор А. А. Рауба.

© Омский гос. университет путей сообщения, 2019

2

3

ВВЕДЕНИЕ

Выполнение лабораторных работ – важная часть учебного процесса, преследующая цель более глубокого усвоения теоретических положений изучаемой дисциплины и приобретения навыков исследовательской работы.

Выполнение лабораторных работ с применением лабораторных стендов «Электрические измерения и основы метрологии. Вариант настольный с компьютерным управлением» (ЭИМ НК) позволяет более углубленно осваивать изучаемый материал и расширяет представления об основных принципах работы сложных устройств. На лабораторных стендах представлены модули реальных устройств, выполненных на современной элементной базе.

Раздел «Методы и средства измерений» изучается студентами во втором семестре изучения дисциплины «Метрология, стандартизация и сертификация», а также в курсах «Методы и средства измерений, испытаний и контроля», «Автоматизация измерений, испытаний и контроля».

Для успешного проведения лабораторных занятий каждая лабораторная работа выполняется бригадой в составе двух – трех человек. Бригада обязана проделать все лабораторные работы, предусмотренные учебным планом.

До начала выполнения очередной лабораторной работы студент должен ознакомиться с соответствующими указаниями и рекомендованной литературой. Перед выполнением работы необходимо иметь заранее заготовленную форму протокола измерений.

Прежде чем приступить к выполнению работы, студент должен твердо знать теоретический материал темы, к которой относится данная работа, ясно представлять поставленную в работе задачу, способы ее разрешения и ожидаемые результаты.

Вся экспериментальная часть работы выполняется под наблюдением преподавателя в полном объеме и в той последовательности, которая предусмотрена данными методическими рекомендациями.

Закрепление теоретического материала и защита полученных экспериментальных данных осуществляются ответами на контрольные вопросы, приведенные в конце каждого раздела настоящего пособия.

5

Лабораторная работа 1

ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ МОСТОМ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Цель работы: изучение способа измерения сопротивления мостовым методом и приобретение навыков измерения сопротивления мостом постоянного тока.

1.1. Основные теоретические сведения

Мосты постоянного тока предназначены для измерения значений пассивных элементов цепи, таких как сопротивление, емкость и индуктивность.

Одинарный мост может быть подключен по одноили двухпроводной схеме. Выбор схемы подключения зависит от значения измеряемой величины. Для измерения малых величин на практике применяются двойные мосты.

Мостовые схемы измерения сопротивлений позволяют избавиться от ошибок, вносимых электроизмерительными приборами. В мостовых схемах измерения электроизмерительные приборы применяются не для измерения силы тока и напряжения, а в качестве чувствительного индикатора, работающего чаще всего в режиме отсутствия тока (нуль-индикатор).

Схема моста, используемого в данной лабораторной работе (схема Уитстона), составлена из сопротивлений Rx , R1 , R2 , R3 образующих плечи моста (рис. 1.1). В одну из диагоналей CD мостовой схемы включается измеритель тока с высокой чувствительностью – микроамперметр.

Кдругой диагонали AB мостовой схемы подключается источник питания

ссопротивлением Rд . В плечи моста АD и DB включаются сопротивления

R2 и R3 с известными значениями. В плечо AC включается измеряемое сопротивление Rx , а в плечо CB – магазин сопротивлений. Магазин сопротивлений представляет собой набор высокоточных резисторов. Процесс измерения по мостовой схеме заключается в выборе такого сопротивления магазина, при котором микроамперметр в диагонали CD показывает отсутствие тока.

6

При произвольном соотношении сопротивлений R1 / R3 через все плечи моста и через гальванометр протекают токи. Изменяя сопротивление магазина, добиваются такого состояния, при котором потенциалы точек С и D одинаковые, следовательно, ток через микроамперметр не протекает.

Такое состояние схемы называется равновесием моста. В состоянии равновесия моста разность потенциалов между точками А и С равна разности потенциалов между точками А и D, а разность потенциалов между точками С и B равна разности

Рис. 1.1. Электрическая принципиальная потенциалов между точками D и B. схема моста постоянного тока

В соответствии с законом Ома для пассивного участка электрической цепи разность потенциалов на концах участка равна падению напряжения на участке, т. е. произведению силы тока на сопротивление этого участка цепи.

Равенства (1.1) и (1.2) справедливы только тогда, когда мост находится в состоянии равновесия. Разделив уравнение (1.1) на (1.2), получим условие равновесия моста Уитстона, из которого можно выразить неизвестное сопротивление:

x 1 R3

Формула (1.3) называется рабочей формулой моста. Для определения Rx необходимо знать сопротивление плеча R1 , называемого плечом сравнения, и

7

отношение сопротивлений плеч R2 и R3 , называемых плечами отношения. Таким образом, сопротивление Rx измеряется методом сравнения с образцовыми сопротивлениями R1 , R2 , R3 , из которых одно или несколько для обеспечения равновесия должны быть регулируемыми.

1.2.Порядок выполнения работы

1)Согласно схеме, представленной на рис. 1.2, выполнить электрические соединения модулей для измерения сопротивления мостом постоянного тока. Монтаж схемы производить при отключенном питании.

В качестве измерительных приборов необходимо использовать следующие:

PA1 – мультиметр 2 (Sanwa PC500) модуля «Измерительный блок» в режиме измерения постоянного тока;

R1 – магазин сопротивлений;

R2 – мини-модуль с сопротивлением 150, 0 Ом ª 0,5 %; R3 – мини-модуль с сопротивлением 100,0 Ом ª 0,5 %;

RН2 – нагрузочный резистор модуля «Элементы ЦАП и АЦП»; RX – мини-модуль с неизвестным сопротивлением.

Рис. 1.2. Схема соединения лабораторных модулей для измерения неизвестного сопротивления

8

2) Соединить выводы магазина сопротивлений с соответствующими гнездами схемы моста постоянного тока (см. рис. 1.2). Магазин сопротивлений состоит из шести декад, которые соединены последовательно. Вставить минимодуль с неизвестным сопротивлением Rx в соответствующие гнезда схемы моста постоянного тока. Включить автоматический выключатель и выключатель дифференциального тока «Сеть» модуля «Модуль питания». Включить мультиметр.

3) Далее необходимо установить напряжение на входе схемы моста на уровне +15 В (ручкой регулировки «0…+15 В» модуля «Модуль питания»). Изменяя сопротивления магазина сопротивлений, добиться нулевых (минимальных) показаний мультиметра, при этом наступает баланс моста. Значение сопротивления магазина R1 следует определять, суммируя результаты умножения чисел на лимбах, указываемых стрелками, на множители у стрелок. Занести значение сопротивления магазина R1 в табл. 1.1.

4) По выражению (1.3) рассчитать значение неизвестного сопротивления Rx. Измерить сопротивление мини-модуля с помощью мультиметра Mastech MY64 и записать результат измерения с учетом его погрешности. Сравнить ре-

1.3.Контрольные вопросы

1)Какие методы измерения сопротивления вам известны?

2)Приведите условие равновесия моста постоянного тока.

3)При каком методе измерения сопротивления относительная погрешность будет наименьшей?

4)Назначение амперметра в диагонали моста постоянного тока.

9