ЛБ1

Министерство науки и ВЫСШЕГО образования Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«Национальный исследовательский Томский политехнический Университет»

Школа ИШЭ

Специальность 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника

Отделение школы (НОЦ) ОЭЭ

«ПОВЕРКА ВОЛЬТМЕТРА С ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СИСТЕМОЙ»

Лабораторная работа № 1

Вариант - 10

по дисциплине:

Метрология, стандартизация и сертификация 1.1

Исполнитель:
студент группы	5А8Б		Овчинникова Дарья Андреевна		19.02.2021
Руководитель:	Кравченко Евгений Владимирович
преподаватель

Томск - 2021

Цель: изучить конструкцию и принцип действия вольтметра с электромагнитной системой, освоить методику проведения поверки электромагнитного вольтметра.

Задачи:

1. изучение принципа действия амперметра с магнитоэлектрической системой;

2. исследование метрологических характеристик амперметра;

3. проведение поверки амперметра;

4. обработка результатов поверки.

Принцип действия вольтметра с электромагнитной системой

Приборы электромагнитной системы основаны на взаимодействии магнитного поля катушки с подвижным ферромагнитным сердечником. Узел для создания вращающего момента состоит из катушки, по которой протекает измеряемый ток, и сердечника, закрепленного на оси указателя. Конструкция электромагнитного вольтметра показана на рисунке 1.

Рис. 1. Конструкция электромагнитного вольтметра:

1 – неподвижная катушка; ферромагнитный подвижный сердечник; 3 – ось

Электромагнитная энергия системы определяется выражением:

(1)

где – сопротивление обмотки катушки.

Ток I, проходя по катушке, обладающей индуктивностью L, намагничивает подвижный сердечник. Он втягивается внутрь катушки, создавая вращающий момент. Вращающий момент поворачивает сердечник в такое положение, при котором электромагнитная энергия системы будет максимальной.

Вращающий момент определяется выражением:

(2)

т.к. величина напряжения U не зависит от пространственного положения сердечника (α), а определяется параметрами цепи.

С осью сердечника скреплены стрелка и спиральная пружина, создающая противодействующий момент:

, 3)

где k – коэффициент жесткости пружины.

Из условия равенства вращающего и противодействующего моментов следует:

(4)

Из уравнения (4) следует, что отклонение указателя пропорционально квадрату измеряемого напряжения, т.е. шкала не является линейной.

Катушку вольтметра с электромагнитной системой изготавливают из большого числа витков тонкой медной проволоки, достаточного для полного отклонения указателя.

Диапазон измерения электромагнитных вольтметров до 600 мВ, класс точности 1,5 и ниже.

Расчет метрологических характеристик

Абсолютная погрешность для прямого и обратного хода соответственно вычисляется по формулам:

= ­– , (5)

= ­– ,

где – отсчет по рабочему эталону при увеличении показаний прибора, В;

– отсчет по рабочему эталону при уменьшении показаний прибора, В;

– значение напряжения, соответствующее отметке шкалы, В.

Вариация прибора вычисляется по формуле:

V = ­– . (6)

Предел допускаемой основной абсолютной погрешности определяется по формуле:

, (7)

где – верхний предел поверяемого вольтметра, В;

– нижний предел поверяемого вольтметра, В;

– предел допускаемой основной приведенной погрешности поверяемого вольтметра, %.

Пример расчета для прямого хода и обратного хода для отметки шкалы 5 В:

Для отметки шкалы 7 В:

Для отметки шкалы 9 В:

Для отметки шкалы 11 В:

Для отметки шкалы 13 В:

Для отметки шкалы 15 В:

Для отметки шкалы 17 В:

Графическое представление определяемых зависимостей

Графики зависимостей абсолютной погрешности прямого и обратного ходов от значения измеряемой величины показаны на рисунке 2.

Рисунок 2. График зависимости абсолютной погрешности прямого и обратного хода от измеряемой величины

Графики зависимостей значений напряжений, полученных с помощью рабочего эталона при прямом и обратном ходах, от значений напряжений, соответствующих отметкам шкалы поверяемого вольтметра показаны на рисунке 3.

Рисунок 3. График зависимости эталонного напряжения прямого и обратного хода от измеряемой величины

Протокол

поверки вольтметра типа с электромагнитной системой. Класс точности прибора 1,5 , предел измерения 30 В. Отчет проводился по рабочему эталону типа цифровой мультиметр с пределом измерения 200 В.

Отметки шкалы, В	Отчет по рабочему эталону, В		Абсолютная погрешность, В		Вариация прибора
	Прямой ход	Обратный ход	Прямой ход	Обратный ход
5	5,41	5,35	0,41	0,35		0,06
7	7,29	7,37	0,29	0,37		-0,08
9	9,36	9,35	0,36	0,35		0,01
11	11,37	11,35	0,37	0,35		0,02
13	13,39	13,30	0,39	0,30		0,09
15	15,35	15,40	0,35	0,40		-0,05
17	17,28	17,40	0,28	0,40		-0,12

Предел основной допускаемой Максимальная погрешность

погрешности прибора 0,45 В. прибора 0,41 В.

Предел допускаемой Максимальная вариация

вариации прибора 0,45 В. прибора 0,12 В.

Вывод: максимальная погрешность прибора не превышает предел основной допускаемой погрешности прибора – прибор годен для измерений.

Заключение

В ходе выполнения лабораторной работы изучили конструкцию и принцип действия вольтметра с электромагнитной системой, а так же освоили методику проведения поверки электромагнитного вольтметра, в результате исследуемый прибор оказался пригоден для измерений.

Список использованных источников

1. Методические указания к выполнению лабораторной работы «Исследование метрологических характеристик и поверка вольтметра с электромагнитной шкалой» для студентов направления 140400 – Электроэнергетика и электротехника / Ю.К. Кривогузова, Томский политехнический университет. – Томск: Издательство Томского политехнического университета, 2012. – 10 с.

2. Стандарт организации, СТО ТПУ 2.5.01-2011, режим доступа: http://standard.tpu.ru/docs/standorg/BKP_ориг1.htm - загл. с экрана.