Измерение электрических и магнитных величин. Лабораторный практикум

Выберите диапазон измерения 100 кГц. Постройте градуировочную характеристику безразмерной шкалы, расположенной на ручке 2.

Поверните ручку 2 в крайнее левое положение; показания следует снимать с шагом в одно большое деление, совмещая метку на ручке с риской на корпусе генератора. По полученным десяти точкам постройте градуировочную характеристику в форме табл. 3.2.

Таблица 3.1

3. Измерение частотной характеристики вольтметра.

Переведите мультиметр в режим измерений напряжения. Установите на выходе генератора гармоническое напряжение 1В, 1 кГц, контролируя его по мультиметру. Получите зависимость показаний вольтметра от частоты сигнала. Отсчеты напряжения следует проводить на частотах 100 кГц, 50 кГц, 10 кГц, 1 кГц, 100 Гц, 50 Гц, 10 Гц, 1 Гц, установленных при соответствующих положениях кнопок 1. Результаты опытов сведите в табл. 3.3. При начальных завалах характеристики следует провести дополнительные измерения для повышения точности. В логарифмическом масштабе постройте зависимость показаний прибора от частоты.

Таблица 3.3

Диапазон 100 кГц 50 кГц 10 кГц 1 кГц 100 Гц 50 Гц 10 Гц 5 Гц 1 Гц

U, В

30

4. Измерение сопротивления.

Рис. 3.9. Схема макета

Присоедините к контактам макета измерительные провода мультиметра. Переключателем 4 мультиметра установите режим измерений сопротивления, используя заданные комбинации (рис. 3.9):

Сравните результаты измерений с номинальными значениями сопротивлений R1, R2, R3. Найдите абсолютную и относительную погрешности.

5. Определение погрешности при измерениях емкости конденсатора. Присоедините исследуемый образцовый конденсатор к измерительным проводам мультиметра, при этом установите на магазине емкостей С0 = 0,03 нФ. Переключателем 4 мультиметра установите режим измерений емкости. При этом будет задан режим автоматиче-

ского выбора предела измерений, и на дисплее высветится «AUTO». Пользуясь режимом удержания (3.2), 50 раз измерьте значение

емкости; результаты измерений запишите в табл. 3.4.

Постройте гистограмму распределения, рассчитайте оценки измеренной емкости и среднего квадратического отклонения [2, 3, 9]. По формулам (3.1) и (3.2) определите оценку систематической погрешности и среднего квадратического отклонения. Считая, что погрешность подчинена нормальному (Гауссовому) закону, постройте доверительный интервал для измеренного значения емкости при доверительной вероятности 0,95.

31

Математическое ожидание находится по следующей формуле:

n

где M[x] – математическое ожидание; xi – истинное значение измеренной величины; xi – среднее значение измеренной величины; n – количество проведенных опытов.

Среднее квадратическое отклонение (СКО)

ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИБОРЫ

1.Мультиметр АРРА 203.

2.Генератор GFG-8219А.

3.Магазин емкостей P544.

4.Осциллограф GOS-6030.

5.Магазин сопротивлений.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Чем вызвана погрешность дискретизации?

2.Что такое режим удержания и когда его применяют?

3.Опишите методику статистической обработки результатов измерений емкости конденсатора.

32

4.По экспериментально полученной частотной характеристике вольтметра переменного напряжения оцените верхнюю граничную частоту гармонического сигнала, при которой погрешность, обусловленная спадом частотной характеристики, не превышает 5 % и 10 %.

5.Измерено переменное гармоническое напряжение с амплитудой около 3

Ви частотой 50 Гц. Пользуясь табл. 1.1, рассчитайте предельную абсолютную погрешность на всех возможных пределах. Какой предел был бы выбран в случае его автоматического выбора?

6.В режиме ручного выбора пределов измерений установлен предел 4 В. Измеренное напряжение равно 5,12 В. На каких пределах возможно измерение без перегрузки прибора? Какие отсчеты будут при разных пределах? Рассчитайте относительные погрешности на возможных пределах измерений. На каком пределе отсчет будет с наименьшей погрешностью?

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.

33

Лабораторная работа № 4

ИЗУЧЕНИЕ МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ В ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРАХ

Цель работы – ознакомление с устройством магнитоэлектрического преобразователя, исследование его основных характеристик и изучение приборов, созданных на его основе.

В магнитоэлектрическом преобразователе для создания вращающего момента используется энергия магнитного поля системы, состоящей из одного или нескольких контуров с токами и постоянных магнитов, причем подвижными могут быть контуры с токами или постоянные магниты [1, 3].

Применяются магнитоэлектрические преобразователи в амперметрах, вольтметрах, омметрах, логометрах.

4.1. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

Лабораторная установка представляет собой макет магнитоэлектрического преобразователя, который включается в одну из приведенных ниже схем для определения либо его характеристик, либо характеристик приборов, построенных на его основе.

4.2.ЗАДАНИЕ

1.Определить внутреннее сопротивление магнитоэлектрического преобразователя и ток его полного отклонения.

2.Собрать вольтметр на основе исследуемого преобразователя и определить его класс точности.

3.Рассчитать и собрать амперметр и омметр.

4.3.ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Ознакомиться с устройством измерительного механизма магнитоэлектрического преобразователя и нарисовать его эскиз.

34

2.Измерить омическое сопротивление рамки методом амперметра и вольтметра [3], а также компенсационным методом [2, 3].

3.Произвести расчет шунта (с определением его размеров), необходимого для получения на основе данного измерительного механизма амперметра с пределом измерения, заданным преподавателем.

4.Определить мощность, теряемую в шунте прибора при номинальном токе.

5.Произвести расчет добавочного сопротивления вольтметра на базе исследуемого измерительного механизма с пределом измерения, заданным преподавателем.

Определить собственное потребление мощности.

6.Для испытуемого прибора:

1)проверить шкалу при возрастании и убывании измеряемого напряжения;

2)определить абсолютные, относительные и приведенные погрешности для разных точек шкалы и установить класс точности;

3)определить постоянную шкалы.

7. Собрать на базе исследуемого измерительного механизма омметр, для чего следует:

1)рассчитать добавочное сопротивление, исходя из заданного напряжения источника питания;

2)рассчитать и построить градуировочную кривую, начертить шкалу омметра;

3)проверить полученную шкалу экспериментально.

Для измерения омического сопротивления рамки измерительного механизма собрать схемы (рис. 4.1, а, б).

а б Рис. 4.1. Схемы измерения сопротивления рамки прибора

методом амперметра и вольтметра

35

ление рамки исследуемого магнитоэлектрического преобразователя. Это выражение дает приблизительное значение rх', так как в нем

не учтены сопротивления вольтметра rв и амперметра rа.

Чтобы исключить погрешность метода и найти действительное значение сопротивления rх, следует воспользоваться более точными

Для измерения сопротивления компенсационным методом собирается схема, приведенная на рис. 4.2. Порядок работы с потенцииометром постоянного тока описан в лабораторной работе № 2.

Искомое сопротивление определяется по формуле

Рис. 4.2. Схема измерения сопротивления компенсационным методом

36

Для расчета шунта требуется знать ток полного отклонения исследуемого измерительного механизма, который определяется по показаниям образцового миллиамперметра по схеме, приведенной на рис. 4.3.

Рис. 4.3. Схема определения тока полного отклонения измерительного механизма

Сопротивление шунта определяется по формуле

где Iр – ток полного отклонения рамки измерительного механизма; I – предел измерения, на который рассчитывается амперметр (задается преподавателем).

Добавочное сопротивление рассчитывается по формуле

ным методом; Iр – ток полного отклонения.

Для экспериментальной проверки полученное расчетным путем добавочное сопротивление набирается на магазине сопротивлений и включается последовательно с измерительным механизмом.

Предел измерения вольтметра проверяется по образцовому вольтметру по схеме (рис. 4.4). По этой же схеме производится поверка шкалы сначала при возрастающих, затем при убывающих значениях напряжения.

Изменение напряжения производится плавно, с тем чтобы стрелка указателя не переходила за поверяемое деление. На шкале испыту-

37

емого вольтметра поверяется не менее 10 точек, соответствующих основным делениям шкалы.

напряжение, показываемое образцовым вольтметром (среднее значение); Uпр – предел измерения вольтметра.

Результаты измерений и вычислений сводятся в табл. 4.1.

Таблица 4.1

На основе данных таблицы делается заключение о принадлежности вольтметра к тому или иному классу точности [1, 2, 3, 6, 10].

Омметр собирается по схеме, представленной на рис. 4.5.

38