Лабораторная №3
.docxМИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИСТЕТ»
Инженерная школа энергетики
Отделение электроэнергетики и электротехники
Лабораторная работа №3
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК И ПОВЕРКА АМПЕРМЕТРА С ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СИСТЕМОЙ
Вариант 16
Выполнил студент группы 5А8Д Нагорнов А.В.
(подпись)
________________
(дата)
Проверил канд. физ.-мат. наук, _______________ Кац М.Д.
доцент ОЭЭ ИШЭ (подпись)
_______________
(дата)
Томск-2021
Цель: изучение конструкции и принципа действия амперметра с электромагнитной системой; освоение методики проведения поверки электромагнитного амперметра.
Принцип действия амперметра с электромагнитной системой:
Конструкция электромагнитного амперметра включает в себя неподвижную катушку и подвижную пластину, изготовленную из магнито-мягкого материала, укрепленную на оси. Ток, протекая по катушке, возбуждает магнитное поле, которое намагничивает ферромагнитную пластину, вследствие чего она втягивается внутрь катушки. При этом возникает вращающий момент , который воздействует на подвижную часть прибора, причем момент пропорционален квадрату измеряемого тока. Под действием вращающего момента подвижная часть прибора перемещается, пока он не уравновесится создаваемым с помощью спиральных пружин или растяжек при их закручивании противодействующим моментом . Величина противодействующего момента пропорциональна углу поворота подвижной части :
где k – удельный противодействующий момент пружины или растяжки. Таким образом, в установившемся состоянии вращающий и противодействующие моменты будут равны:
Устройство подвижной части измерительного механизма показано на рис. 1. Противодействующий момент создается спиральными пружинами 5 и 6. При этом пружина 6 одним концом крепится к поводку корректора 4, а другим – к оси 2. Корректор, состоящий из винта 9 с эксцентрично расположенным пальцем 8, вилки 7 с поводком 4 предназначен для установления стрелки прибора на нуль в выключенном состоянии. Для уравновешивания подвижной части служат грузики-противовесы 10. Ось 2 заканчивается кернами, опирающимися на подпятники 1. Стрелка 3 жестко закреплена с осью.
Рисунок 1 – Устройство подвижной части амперметра:
1 – подпятники; 2 – ось; 3 – стрелка; 4 – поводок корректора; 5, 6 – стиральные пружины; 7 – вилка; 8 – палец; 9 – винт; 10 – противовесы
Чувствительность электромагнитного прибора зависит от значения измеряемого тока. При измерениях малых токов она мала настолько, что начало шкалы (10-15 % шкалы) даже не градуируют. Электроизмерительный механизм амперметра чувствителен к внешним электромагнитным излучениям, поэтому он, как правило, экранируется ферромагнитным экраном.
К достоинствам электромагнитных механизмов относятся: пригодность для работы в цепях как постоянного, так и переменного тока; простота конструкции; способность выдерживать большие перегрузки за счет отсутствия токопроводов к подвижным частям; возможность измерения больших токов.
Недостатками электромагнитных приборов являются: неравномерная шкала; невысокая чувствительность; подверженность влиянию изменения частоты, а также влиянию внешних магнитных полей и температуры; сравнительно большое энергопотребление; невозможность достижения высокой точности.
Порядок выполнения работы:
Для снятия метрологических характеристик электромагнитного вольтметра необходимо собрать схему, приведенную на рисунке 2.
Рисунок 2 – Схема экспериментальной цепи
1. Повернули регулятор Автотрансформатора против часовой стрелки до упора (установили указатель на отметку «0»).
2. Установили переключатель режима работы Мультиметра в положение измерения переменного тока, предел измерения 200 mA.
3. Соединили проводником контакт К1 выхода автотрансформатора с измерительным контактом mА мультиметра.
4. Соединили проводником общий измерительный контакт Мультиметра СОМ с измерительным контактом К1.1 поверяемого амперметра панели «Приборы магнитоэлектрические».
5. Соединили проводником измерительный контакт К2.1 выхода поверяемого амперметра панели «Приборы магнитоэлектрические» с контактом К1.1 активной нагрузки панели «Блок нагрузок».
6. Соединили проводником контакт К2.1 активной нагрузки панели. Включили электропитание лабораторной установки (установили переключатели сетевых автоматов АВ1 и АВ2 вверх), мультиметр.
7. Включить электропитание лабораторной установки (установить переключатели сетевых автоматов АВ1 и АВ2 вверх), мультиметр.
8. Устанавливая с помощью Автотрансформатора напряжение, соответствующее поверяемым отметкам шкалы, зафиксировать показания эталонного амперметра (мультиметра) и занести их в протокол поверки прибора.
Обработка экспериментальных данных:
1. Приведём пример расчёта абсолютной погрешности для прямого и обратного ходов
2. Приведём пример определения вариации прибора
3. Находим предел допускаемой абсолютной погрешности и вариации
4. В одной системе координат построим графики зависимостей абсолютной погрешности прямого и обратного ходов от значения измеряемой величины. По характеру зависимостей определим тип погрешности.
Рисунок 3 - Зависимость абсолютной погрешности от измеряемой величины
Так как абсолютная погрешность изменяется неравномерно, но зависит от изменения величины, подвергающейся измерению, то мы имеем дело с мультипликативной погрешностью.
5. В одной системе координат построим график зависимостей значений тока, полученных с помощью рабочего эталона при прямом и обратном ходах, от значений измеряемой величины, полученных с помощью поверяемого прибора.
Рисунок 4 - Зависимость эталонных значений от измеряемой величины
6. Графически покажем вариацию прибора в точке ее максимального значения на рисунке 4.
Сравним максимальные и допускаемые значения абсолютной погрешности и вариации прибора.
Таблица 2 – Сравнение значений
Допускаемая абсолютная погрешность прибора 0,75 мА. |
|
Максимальная абсолютная погрешность прибора 2,1 мА. |
Допускаемая вариация прибора 0,75 мА. |
|
Максимальная вариация прибора 1,5 мА. |
Прибор не пригоден для измерения.
Вариант 16
ПРОТОКОЛ
Проверка амперметра типа RUICHI
Класс точности прибора 1,5
Предел измерения прибора 200 … 250 мА
Отчёт производился по рабочему эталону типа MASTECH MY64
С пределом измерения 400 мА
Таблица 1
Отметки шкалы, мА |
Отчёт по рабочему эталону, мА |
Абсолютная погрешность, мА |
Вариация прибора, мА |
||||
|
Прямой ход |
Обратный ход |
Прямой ход |
Обратный ход |
|
||
200 |
197.9 |
199.3 |
2.1 |
0.7 |
1.4 |
||
210 |
210.2 |
209.1 |
0.2 |
0.9 |
1.1 |
||
220 |
218.9 |
219.2 |
1.1 |
0.8 |
0.3 |
||
230 |
231.3 |
231.3 |
1.3 |
1.3 |
0 |
||
240 |
239.7 |
241.2 |
0.3 |
1.2 |
1.5 |
Допускаемая абсолютная погрешность прибора: 0.75 мА;
Допускаемая вариация прибора: 0.75 мА;
Максимальная абсолютная погрешность прибора: Прямой ход – 2.1 мА; Обратный ход – 1.3 мА;
Максимальная вариация прибора: 1.5 мА;
Предел допускаемой абсолютной погрешности: 0.75 мА;
Вывод о пригодности к дальнейшей эксплуатации: Прибор не пригоден к дальнейшей эксплуатации, так как не подходит ни по одному из условий. Его максимальная абсолютная погрешность и максимальная вариация больше, чем допустимые аналогичные величины для данного прибора.
Ответы на контрольные вопросы:
1. Чему равен класс точности поверяемого прибора? Какую погрешность он характеризует?
Класс точности поверяемого прибора равен 1,5. Для стрелочных (аналоговых) приборов это число даёт максимально возможную погрешность прибора, выраженную в процентах от наибольшего значения величины, измеряемой в данном диапазоне работы прибора.
Мы не можем посмотреть, как обозначена погрешность на корпусе прибора, но, предположительно, цифра «1,5» не подчёркнута и не помещена в фигуру, что характеризует приведённую погрешность.
2. Почему шкала прибора неравномерна в области значений, близких к верхнему и нижнему пределу измерений?
Это происходит из-за чувствительности прибора. При значениях, близких к нижнему пределу измерения, чувствительность прибора крайне мала, а при верхнем пределе – прибор очень чувствителен, поэтому шкалу делают неравномерной, чтобы удобнее было производить измерения.
3. Как и почему включаются поверяемый и образцовый амперметры в поверочной схеме?
Для поверки амперметра образцовый и поверяемый приборы включаются последовательно друг за другом. Это делается для того, чтобы максимально исключить всяческие помехи исследованию, т.е., чтобы через оба амперметра проходил один и тот же ток. После этого сравнивают значения образцового и поверяемого амперметров и записывают абсолютную погрешность.