Измерение электрических и магнитных величин. Лабораторный практикум

Окончание табл. 1.1

7. Измерить фазовый сдвиг двух синусоидальных напряжений при линейной и синусоидальной развертках.

Соедините выход генератора Г3-33 с клеммами 1, 2 RC-цепочки, задайте на выходе генератора Г3-33 напряжение 10 В частотой 1 кГц.

Подайте сигнал с клемм 1, 2 на вход «СН1», а сигнал с клемм 3, 4 – на вход «СН2».

Зарисуйте в масштабе осциллограмму, определите фазовый сдвиг. При измерении сдвига фаз с использованием синусоидальной развертки необходимо перевести осциллограф в режим «X-Y» нажатием соответствующей кнопки.

При этом на экране получается фигура Лиссажу, измерив параметры которой, можно вычислить фазовый сдвиг.

ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИБОРЫ

1.Осциллограф GOS 6030.

2.Генератор Г5-54.

3.Генератор ГЗ-33.

4.Фильтр низких частот (RC-фильтр).

11

Лабораторная работа № 2

ПРИБОРЫ СРАВНЕНИЯ С РУЧНЫМ УРАВНОВЕШИВАНИЕМ

Цель работы – изучение принципов построения приборов сравнения и их основных характеристик, а также методик выполнения измерений приборами с ручным уравновешиванием.

Измерительные приборы в зависимости от метода измерений, положенного в их основу, подразделяются на приборы непосредственной оценки и приборы сравнения. Известны следующие методы сравнения: нулевой, дифференциальный, методы совпадений и замещения [2, 3, 8].

При построении измерительных мостов и потенциометров (компенсаторов) постоянного и переменного тока с полным уравновешиванием используется нулевой метод. Схема потенциометра постоянного тока приведена на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Схема потенциометра постоянного тока

С помощью потенциометров могут измеряться ЭДС, напряжения, токи и сопротивления [2, 3].

При измерении тока Ix потенциометром в цепь включается образцовое сопротивление R0. Потенциометром измеряется падение напряжения Ux на образцовом сопротивлении. Значение измеряемого тока определяется соотношением

13

Для измерения сопротивления резистора Rx к источнику стабилизированного напряжения подключают последовательно соединённые сопротивления R0 и Rx. Потенциометром поочерёдно измеряют падение напряжения на R0 и Rx. Искомое значение Rx рассчитывают по формуле

где Iр – рабочий ток.

Мосты и потенциометры переменного тока применяются для измерения сопротивлений, индуктивностей, емкостей, взаимоиндуктивностей, тангенса угла потерь и частоты.

Мосты постоянного тока используются для точного измерения сопротивления резисторов [2, 3]. В мостах при отсутствии тока в измерительной диагонали (Iр = 0) справедливо соотношение (рис. 2.2):

(2.3)

Чувствительность моста зависит от чувствительности используемого нуль-индикатора, напряжения питания моста, а также от соотношения сопротивлений плеч моста.

Экспериментально чувствительность устройства можно определить как приращение измеряемого сопротивления, вызывающее отклонение стрелки нуль-индикатора на одно деление.

Сопротивления более 10÷100 Ом измеряются одинарными двухзажимными мостами, а меньшие сопротивления – четырёхзажимными одинарными мостами (рис. 2.2). Двойные мосты используются для измерения сопротивлений до 10-6 Ом.

Рис. 2.2. Схема четырёхзажимного одинарного моста постоянного тока

14

2.1. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

Схема лабораторной установки приведена на рис. 2.3.

Прибор универсальный измерительный P4833 может работать в режиме моста и потенциометра.

Мост постоянного тока предназначен для измерения сопротивлений от 10-4 до 10+6 Ом с классом точности от 5,0 до 0,1. Кроме того, он позволяет определять характер и место повреждения воздушных линий или кабеля, измерять сопротивления изоляции в пределах от 1 до 100 МОм, использовать плечо сравнения моста в качестве магазина сопротивлений и т.д. Класс точности моста постоянного тока – 0,1.

В режиме потенциометра прибор имеет класс точности 0,05 и предназначен для измерения ЭДС и напряжений, поверки термопар, пирометрических милливольтметров и автоматических потенциометров, а также получения плавно регулируемого напряжения постоянного тока.

Рис. 2.3. Схема лабораторной установки:

Р4833 – прибор универсальный измерительный; Rx – измеряемое сопротивление (магазин сопротивлений Р-33); R0 – образцовое сопротивление 1000 и 100 Ом;

ИП – источник регулируемого напряжения (ВУЛ-3); Rg – добавочное сопротивление, равное 1 кОм (магазин сопротивлений Р-33); П – переключатель

2.2.ЗАДАНИЕ

1.Изучить принципы построения измерительных мостов и потенциометров, порядок работы с универсальным измерительным прибором Р4833.

15

2.Начертить в отчёте схемы измерительных цепей потенциометров и мостов, рассчитанных на измерение больших и малых сопротивлений.

3.Рассчитать значение напряжения питания Е измерительной цепи, при котором обеспечивается наибольшая точность измерения сопротивления с помощью потенциометра, учитывая, что напряжение на выходе источника питания ВУЛ-3 Umax = 30 B, предельно допустимый ток в измерительной цепи Imax = 0,01 А, Rg = 1 кОм. Значения Rx задаются преподавателем (макет с сопротивлениями).

4.Измерить мостом три сопротивления, значения которых задаются при выполнении п. 3.

5.Измерить те же три сопротивления, что и в п. 4, с помощью потенциометра; напряжение питания устанавливать согласно расчётам п. 3.

6.Результаты измерений сопротивлений Rx и чувствительности свести в таблицы. Оценить погрешности измерений, выполненных обоими приборами, обусловленные конечным значением чувствительности, если уравновешивание производится с точностью до половины деления шкалы гальванометра.

Указать, какие из результатов измерений получены методом замещения и для какого из них погрешность минимальна.

2.3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Измерение сопротивления.

1.Нажмите кнопки «Г», «БМ» при использовании встроенного гальванометра и батареи моста. При использовании внешнего гальванометра и батареи моста подключите их к зажимам «Г», «БМ». При использовании питания от сети включите шнур питания в сеть и нажмите кнопку «Сеть».

2.Нажмите кнопки «МО-2» и «t».

3.Установите выбранный множитель N на переключателе плеч отношения.

4.Подключите измеряемое сопротивление к зажимам «П1», «П2».

16

5.Установите стрелку гальванометра на нуль вращением ручек декадных переключателей сначала при нажатой кнопке «», затем при нажатой кнопке « ».

6.Результат измерения (в омах) определите по формуле

где N – множитель, выставленный на переключателе плеч отношения «N»; x1, x2 , ..., x5 – положения рукояток переключателей плеча сравнения (Rср).

7. Нажмите кнопку «Откл» после окончания работы. Измерение ЭДС и напряжения.

1.Нажмите кнопку «П». Нажмите кнопки «Г», «БП», «НЭ» при использовании встроенных гальванометра, батареи потенциометра и нормального элемента соответственно. Подключите объект измерения к зажимам «-Х», «mV», соблюдая полярность.

2.Произведите измерение, для чего нажмите кнопку «t», установите стрелку гальванометра на нуль вращением ручек декадных переключателей х10, х1, х0,1, х0,01 сначала при нажатой кнопке «», затем при нажатой кнопке «».

Значение измеренного напряжения в милливольтах будет равно сумме показаний декад.

3.Отключите прибор нажатием кнопки «Откл».

ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИБОРЫ

1.Прибор универсальный измерительный Р4833

2.Источник регулируемого напряжения ВУЛ-3.

3.Добавочное сопротивление 1 кОм.

4.Образцовые сопротивления 100 Ом и 1000 Ом.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Чем различаются измерительные схемы мостов и потенциометров, а также мостов и потенциометров постоянного и переменного токов?

2.Как, используя метод замещения, повысить точность измерения мостами и потенциометрами?

17

3.В чём различие нулевого метода и метода замещения?

4.От каких параметров зависит чувствительность моста?

5.Как экспериментально определить чувствительность моста и потенцио-

метра?

6.Какие приборы можно использовать для измерения комплексных сопротивлений?

7.Для измерений каких сопротивлений используют одно- и двухзажимные одинарные мосты?

8.Как можно определить с помощью моста асимметрию относительно земли двух каналов связи?

9.Можно ли, измеряя сопротивление, найти место короткого замыкания в кабеле?

10.Для измерения каких неэлектрических величин применяются мосты и потенциометры?

11.Зависит ли точность измерения сопротивления Rx от значения образцового сопротивления R0?

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Шишмарев В.Ю. Средства измерений: учебник. – 4- е изд., стер. – М.: Изд. центр «Академия», 2010. – 320 с.

2.Сигов А.С., Нефедов В.И. Метрология, стандартизация и технические измерения: учебник. – М.: Высш. шк., 2008. – 624 с.

3.Тартаковский Д.Ф., Ястребов А.С. Метрология, стандартизация и технические средства измерений: учебник. – 2- е изд., перераб. и доп.. – М.: Высш.

шк., 2008. – 213 с.

4.Анцыферов С.С., Голубь Б.И. Общая теория измерений: учебное пособие / Под ред. акад. РАН Н.Н. Евтихиева. – М.: Горячая линия – Телеком, 2007. – 176 с.

5.Метрология и электрорадиоизмерения в телекоммуникационных системах: учебное пособие / Под общей редакцией Б.Н. Тихонова. – М.: Горячая ли-

ния – Телеком, 2007. – 374 с.

6.Хрусталева З.А. Электротехнические измерения. Задачи и упражнения: учебное пособие. – М.: КНОРУС, 2011. – 256 с.

18

Лабораторная работа № 3

ИЗУЧЕНИЕ ЦИФРОВОГО МУЛЬТИМЕТРА

Цель работы – изучение цифрового мультиметра АРРА-203 (а также его модификации АРРА-205 и GDM-8135) и его применение для измерений электрических величин и параметров цепей.

Мультиметр – это прибор, который может измерять несколько величин, каждую в нескольких поддиапазонах (“Multi” в сложных словах означает «много»). Цифровой мультиметр (ЦМ) – это электронный прибор с цифровым отсчетом показаний [1, 2, 6].

Мультиметр АРРА-203 представляет собой универсальный цифровой измерительный прибор, предназначенный для измерений электрических напряжений, токов и параметров электрических цепей (активное сопротивление, емкость конденсатора), а также частоты колебаний электрических напряжений.

Передняя панель мультиметра представлена на рис. 3.1, а его структурная схема – на рис. 3.2.

1

2

3

4

5

Рис. 3.1. Мультиметр АРРА-205

Рис. 3.2. Структурная схема мультиметра АРРА-205

19