Лабораторные работы / ЛБ-1

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«Национальный исследовательский Томский политехнический Университет»

Инженерная школа энергетики

Отделение электроэнергетики и электротехники

13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»

«Поверка вольтметра с электромагнитной системой»

лабораторная работы №1

Вариант 3

по дисциплине:

Метрология, стандартизация и сертификация

Выполнил: студент группы 5А94			Милёшкин А.А.
Проверил: Кандидат технических наук доцент		Кравченко Е. В.

Томск – 2022

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

Задачи:

1. изучение принципа действия вольтметра с магнитоэлектрической системой;

2. исследование метрологических характеристик вольтметра;

3. проведение поверки вольтметра;

4. обработка результатов поверки.

Таблица 1. Исходные данные

№ Вар.	Поверяемые отметки шкалы, В
3	10	12	14	16	18	20	22	16

Рис. 1. Схема экспериментальной цепи

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 2.

Рис. 2. 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 10 В:

Для отметки шкалы 12 В:

Для отметки шкалы 14 В:

Для отметки шкалы 16 В:

Для отметки шкалы 18 В:

Для отметки шкалы 20 В:

Для отметки шкалы 22 В:

Графическое представление определяемых зависимостей

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

Рисунок 2. Графики зависимостей абсолютной погрешности прямого и обратного ходов от значения 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. Графики зависимостей значений напряжений, полученных с помощью рабочего эталона при прямом и обратном ходах, от значений напряжений, соответствующих отметкам шкалы поверяемого вольтметра

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
10	10,11	10,09	0,11		0,09	0,02
12	12,10	12,11	0,1		0,11	-0,01
14	14,13	14,10	0,13		0,1	0,03
16	16,13	16,11	0,13		0,11	0,02
18	18,12	18,12	0,12		0,12	0
20	20,12	20,13	0,12		0,13	-0,01
22	22,13	22,09	0,13		0,09	0,04

Предел основной допускаемой Максимальная погрешность

погрешности прибора 0,45 В. прибора 0,13 В.

Предел допускаемой Максимальная вариация

вариации прибора 0,45 В. Прибора 0,04 В.

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

Заключение

В ходе лабораторной работы изучили конструкцию и принцип действия вольтметра с электромагнитной системой, освоили методику проведения поверки электромагнитного вольтметра. Анализируя полученные данные, можно сделать вывод, что исследуемый прибор 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.