Лабораторная №3

МИНИСТЕРСТВО 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.