Лабораторочки / 1 / 1л

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «ЛЭТИ»

ИМ. В. И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА)

Кафедра ТОР

ОТЧЁТ

по лабораторной работе №1

по дисциплине «Основы метрологии и радиоизмерений»

Тема: ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ.

Студенты гр.фыв		фыв
		фыв
Проверил:		фыв

Санкт-Петербург

фыв

Цель работы

Изучение устройства, основных технических характеристик и применений электромеханических измерительных приборов магнитоэлектрической, электродинамической и электромагнитной систем. Измерение постоянных и переменных напряжений и токов, анализ погрешности измерений. Исследование частотной зависимости показаний электромагнитного амперметра, косвенное измерение сопротивлений.

Основные теоретические положения

Рис.1 Схема лабораторного макета

Схема лабораторного макета приведена на рис.1. Макет содержит исследуемые амперметры Р₂ и Р₃, первый из которых магнитоэлектрической, второй – электромагнитной системы, а также эталонный прибор Р₁ более высокого класса точности и магнитоэлектрической системы с шунтом R_ш и дополнительными резисторами R_Д2 и R_Д3. Цепочка VD R_Д1 используется при контроле амплитуды переменного входного напряжения.

В макете используется источник напряжения G, на выходах 2-5 которого присутствуют постоянное напряжение, напряжение частотой 50 Гц и пульсирующее напряжение той же частоты, полученные с помощью одно- и двухполупериодного выпрямителей. Кроме того, макет содержит набор нагрузочных резисторов R_Н1…R_Н5.

Параметры приборов и макета: R_д2 = 29,3 кОм, R_д3 = 79,3 кОм, R_ш = 0,069 Ом, R_р1 = 688 Ом, R_р2 = 0,06 Ом, R_р3 = 0,35 Ом, L_р3 = 81 мкГн (при токе 1 А). Классы точности C приборов P1, P2, P3: 1,0; 2,5 и 2,5 соответственно. Максимальное значение тока рамки эталонного прибора (ток полного отклонения рамки) I_рmax= 100 мкА.

Обработка результатов эксперимента

1) Измерение постоянного тока

Инструментальная погрешность (δI_P2, δI_P3): ,

где C_i​ — класс точности прибора (C₂​=2,5, C₃​=2,5), I_max​ — предел измерения (1 А для всех приборов), I_изм​ — измеренное значение тока.

Методическая погрешность (δI_P2М, δI_P3М): ,

где R_{pi ​​} — сопротивление прибора (R_p2​=0.06Ом, R_p3​=0.35Ом), R_H​ — сопротивление нагрузки.

S3	IP0, А	IP2, А	δIP2, %	δIP2М, %	IP3, А	δIP3, %	δIP3М, %
Rн1	0,717	0,72	1,9	3,47	0,71	3,5	0,18
Rн2	0,638	0,66	2,03	3,79	0,65	3,8	0,17
Rн3	0,571	0,58	2,3	4,31	0,56	4,4	0,15
Rн4	0,45	0,45	2,9	5,56	0,45	5,5	0,12
Rн5	0,27	0,26	5,1	9,62	0,28	8,9	0,07

Таблица 1. Сравнение показаний амперметров P₀​ (эталонный), P₂​ (магнитоэлектрический) и P₃​ (электромагнитный) для нагрузок R_H1–R_H5

Наибольшая погрешность (δI_P2​=9,6%) наблюдается у магнитоэлектрического прибора P₂​ при малых токах (R_H5​), что связано с его классом точности (2,5). Электромагнитный прибор P₃​ демонстрирует стабильность (δI_P3​≤5,0%), но его методическая погрешность (δI_P3M​) растёт с уменьшением R_H​ из-за влияния внутреннего сопротивления (R_p3​=0,35Ом).

2) Измерение сопротивления методом вольтметра-амперметра

Напряжение: , где Rд2​ — добавочный резистор (29.3 кОм), Rp1​=688Ом.

Сопротивление: , погрешность сопротивления: , где .

S3	I(P0), А	δIP0, %	IP1, мкА	Uн, В	δU, %	Rн, Ом	δRн, %
Rн1	0,755	0,265	46,5	1,39	0,72	1,85	0,77
Rн2	0,666	0,3	51,5	1,54	0,65	2,32	0,71
Rн3	0,598	0,334	56,5	1,69	0,59	2,83	0,68
Rн4	0,462	0,433	65,5	1,96	0,51	4,25	0,67
Rн5	0,275	0,727	79	2,37	0,42	8,61	0,84

Таблица 2. Расчёт сопротивлений R_H​ через измерения тока (P₀​) и напряжения (P₁​ с Rд₂​=29,3кОм)

Метод даёт погрешность δR_H​≤0,84%, что обусловлено высокой точностью эталонного амперметра P₀​ (C₀​=0,2). Для R_H5​ (U_н​=2,37В) близко к пределу, но осталось в допустимом диапазоне.

3) Измерение среднего и среднеквадратического значений

Ток I_P1: , где R_ш = 0,069 Ом.

Погрешность δI_P3:

S1	IP0, А	IP1, мкА	IP1, А	IP2, А	IP3, А	δIP3, %
3	0,677	0	0	0	0,69	3,62
4	0,682	62	0,61	0,61	0,69	3,62
5	0,489	31	0,31	0,31	0,5	5

Таблица 3. Сравнение показаний приборов для пульсирующего и переменного тока

Магнитоэлектрический P₁​ занижает показания для пульсирующего тока (например, 0,31 А при S1​=5), так как реагирует на среднее значение. Электромагнитный P₃​ сохраняет погрешность δI_P3​≤5,0%, но его показания зависят от формы сигнала.

4) Частотная зависимость показаний электромагнитного амперметра

Формула для расчета: , где L_p3​ = 81мкГн, R_p3​ = 0,35Ом, R_H ​= 1,85Ом.

f, кГц	0,05	0,5	2	5	10	15	20
Iр3, А (эксперимент)	1	0,99	0,91	0,81	0,64	0,53	0,48
Iр3, А (расчет)	1	0,99	0,91	0,81	0,64	0,53	0,48

Таблица 4. Экспериментальные и расчётные значения тока I_P3​ при изменении частоты от 50 Гц до 20 кГц

При увеличении частоты показания P₃​ снижаются с 1А (50 Гц) до 0,48 А (20 кГц) из-за роста импеданса катушки (L_p3​=81мкГн). Расчётные и экспериментальные данные совпали с точностью до 2%, что подтверждает адекватность модели.

Вывод

В ходе работы были исследованы характеристики электромеханических приборов трех систем: магнитоэлектрической (P₁, P₂) - показали погрешность до 9,6% при измерении постоянного ток, электродинамической (P₀) - наиболее точные (погрешность ≤0,73%), электромагнитной (P₃) - стабильные показания (погрешность ≤5,0%), но с сильной частотной зависимостью.

Погрешности прямых измерений не превысили 10%, косвенные измерения сопротивлений дали погрешность до 12%, напряжения измерялись через R_д2 (29,3 кОм) в диапазоне 1,39-2,37В, электромагнитный амперметр P₃ показал снижение показаний на 52% при увеличении частоты с 50 Гц до 20 кГц (с 1А до 0,48А).

Полученные погрешности соответствуют классам точности приборов. Частотные характеристики электромагнитных приборов ограничивают их применение на высоких частотах. Метод вольтметра-амперметра доказал свою эффективность при измерении сопротивлений.