Измерение электрических и магнитных величин. Лабораторный практикум

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Каким образом создаются вращающий и противодействующий моменты магнитоэлектрического прибора?

2.Как определяется сопротивление рамки магнитоэлектрического преобразователя?

3.Как определяется класс точности вольтметра?

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.

40

Лабораторная работа № 5

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ТЕРМОМЕТРОВ СОПРОТИВЛЕНИЯ

Цель работы – ознакомление со способами измерения температуры с помощью термометров сопротивления.

Для измерения температуры применяются термометры электрического сопротивления [1]. Термосопротивления, используемые в приборах для измерения температуры, работают при малой нагрузке током, с тем чтобы тепло, выделяемое током в подобном термосопротивлении, было минимальным по сравнению с теплом, получаемым от испытуемой среды.

Основным требованием, предъявляемым к материалам, применяемым для преобразователей термометров сопротивления, является возможно больший и постоянный температурный коэффициент электрического сопротивления при одновременно возможно большем удельном сопротивлении.

Наибольший интерес с этой точки зрения представляют объемные полупроводниковые сопротивления. Полупроводниковые термосопротивления (термисторы) типов ММТ-1 ММТ-4 ММТ-5 имеют отрицательный температурный коэффициент порядка 0,03-0,04 l/град, т.е. в 8- 10 раз больший, чем у металлов.

Эти термосопротивления выпускаются на номинальное значение сопротивлений от 1000 до 200000 Ом и пригодны для работы в диапазоне температур от – 100 до +120 ° С.

Обладая малыми габаритами и высокой стабильностью, полупроводниковые термосопротивления, однако, не удовлетворяют требованию взаимозаменяемости, т.е. не могут быть изготовлены на одну и ту же характеристику Rt = f(t).

Наибольшее распространение для изготовления металлических термометров сопротивления получили платина, медь, никель.

41

Начальное сопротивление преобразователей выбирают таким, чтобы сопротивление выходов обмотки и линии, соединяющей преобразователи с измерительной цепью, было возможно меньше сопротивления обмотки преобразователя, однако большое сопротивление преобразователя вызывает увеличение его габаритов.

5.1. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

На монтажной плате смонтированы два термометра сопротивления – медный и полупроводниковый ММТ-1. В процессе работы они помещаются в термостат 1 (рис. 5.1), который нагревается. Температура в термостате измеряется ртутным термометром 2, а сопротивление термометра 3 определяется с помощью моста постоянного тока 4. Причем для измерения сопротивления ММТ-1 используется мост типа УМВ (рис. 5.2). Для измерения сопротивления медного термометра мост рассчитывается самими студентами из условия его максимальной чувствительности.

Рис. 5.1. Схема макета лабораторной установки

Рис. 5.2. Схема моста постоянного тока

Для исследования работы термометра сопротивления по схеме неуравновешенного моста используется схема с магнитоэлектрическим логометром, представленная на рис. 5.3.

42

Снять зависимость Rt = f(t) с помощью установки, представленной на рис. 5.1.

Для расчета моста для термосопротивления из меди следует учесть, что оптимальное соотношение между сопротивлениями мостовой цепи постоянного тока, изображенной на рис. 5.2, при заданных параметрах преобразователя определяется равенством

Пусть R1 = Rt, тогда при известной величине Rr и симметрии R1 = R2; R3 = R4 уравнение (5.1) имеет вид

Rr = Rt + R3 ,

2 2

откуда R3 = 2Rr – Rt.

При симметрии Rt = R3, R2 = R4 из уравнения (5.1) можно найти

а отсюда

что возможно при условии

Построение шкалы термометра сопротивления, работающего в схеме уравновешивающего моста, предусматривает снятие зависимости R2 = f(t), где R2 – сопротивление одного из плеч моста, с помощью которого осуществляется уравновешивание измерительной цепи [2, 3].

Мост рассчитывается для термометра сопротивления, выполненного из меди, сопротивление которого при 20 ° С составляет 48 Ом, и гальванометра с Rr = 238 Ом.

44

Зависимость сопротивления полупроводникового термосопротивления от температуры снять с помощью заводского моста типа УМВ.

На практике термометры сопротивления часто работают в цепи неуравновешенного моста с магнитоэлектрическим логометром в качестве выходного измерителя (см. рис. 5.3). Такую цепь можно подключать к термометру сопротивления двухили трехпроводной линией.

В схеме, изображенной на рис. 5.3, r-r – рамки логометра. Три плеча моста составляют манганиновые сопротивления R2 , R3 , R4 . Четвертое плечо моста состоит из термометра сопротивления Rt, проводов соединительной линии и уравнительной (подгоночной) катушки Rу. Катушка Rу дополняет сопротивление проводов, соединяющих термометр с измерительной цепью, до значения, принятого при градуировке термометра и равного (для описываемых термометров) 5 Ом.

При монтаже термометра необходимо отмотать от катушки столько проволоки, чтобы общее сопротивление катушки Rу и проводов до преобразователя было равно 5 Ом.

В настоящей работе роль соединительных проводов и уравнительной катушки выполняет магазин сопротивлений. Значение сопротивления на нем набирается близким к 5 Ом.

Контроль правильности показаний логометра после окончания монтажа (набора сопротивления на магазине сопротивлений) производится следующим образом.

До включения источника питания закоротить провода линии на зажимах термометра, а провод, подключаемый к зажиму 2 логометра, перенести на зажим 4. Включить питание; при этом стрелка логометра должна установиться напротив красной контрольной черты с погрешностью, не превышающей 1,5 % от диапазона измерения сопротивления термометра.

После этой операции восстанавливается схема, представленная на рис. 5.4 или 5.5.

Термометр сопротивления помещается в термостат, температура которого меняется от 20 до 100 ° С. Одновременно записываются и сравниваются показания логометра и ртутного термометра.

45

при 0 ° С, Ом; α – температурный коэффициент сопротивления преобразователя; для меди α = 0,004281 1/1° С; τ – температура в термостате.

ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИБОРЫ

1.Термометры сопротивления – ММТ-1 и медный.

2.Мост типа МО-62.

3.Гальванометр М122.

4.Магазины сопротивлений Р-33 – 3 шт.

5.Логометр ЛПр-53.

6.Источники питания ВУЛ-3.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.В каком диапазоне применяются медные и полупроводниковые термометры сопротивления?

2.Объяснить зависимость сопротивлений от температуры для исследуемых термометров сопротивления.

3.Каковы принципы работы логометра и особенности его использования в настоящей работе?

4.Как определяется погрешность термометра сопротивления?

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.

47

Лабораторная работа № 6

ИССЛЕДОВАНИЕ ФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ПОСТОЯННОМ ТОКЕ

Цель работы – изучение методики определения основных характеристик ферромагнитных материалов на постоянном токе.

При исследовании ферромагнитных материалов в постоянных магнитных полях получают статические характеристики, которые позволяют судить о магнитных свойствах самого материала, а также о правильности его технологической обработки.

Важнейшей технической характеристикой ферромагнитных материалов является основная (или коммутационная) кривая намагничивания, т.е. кривая, совпадающая с геометрическим местом вершин симметричных петель гистерезиса.

6.1.ЗАДАНИЕ

1.Ознакомиться с конструкцией и принципом действия милливеберметра и его основными техническими данными [1].

2.Определить максимальное значение тока в намагничивающей обмотке каждого образца, исходя из допустимой плотности тока 4 А/мм2 .

3.Определить сечение и среднюю длину магнитопровода для каждого образца, используя данные табл. 1.1 (см. макет).

4.Определить значения магнитного потока, магнитной индукции

инапряженности магнитного поля в трех образцах для различных значений намагничивающего тока (не менее пяти точек). Измерения начинать со значения тока, равного 10-20 % от значения, найденного выше (см. п. 2).

До испытания образец следует размагнитить.

Перед каждым замером необходимо производить магнитную подготовку образца.

5.Построить основную кривую намагничивания трёх образцов – электротехнической стали, пермаллоя и феррита – в одном масштабе

ина одном рисунке для удобства сравнения.

48

6.2. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

Лабораторная установка для исследования ферромагнитных материалов на постоянном токе состоит из следующих элементов (рис. 6.1):

Рис. 6.1. Схема исследования ферромагнитных материалов на постоянном токе:

1 – исследуемый образец в виде тора (кольца) с намагничивающей и измерительной обмотками; 2 – источник постоянного регулируемого напряжения (ВУЛ-3); 3 – реостат на 10-20 Ом 3 А для установки необходимого тока намагничивания; 4 – амперметр на 3 А для контроля тока намагничивания; 5 – двухполюсный рубильник (переключатель);

6 – однополюсный ключ для отключения милливеберметра при размагничивании

имагнитной подготовке образца; 7 – милливеберметр

6.3.ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.Собрать схему (см. рис. 6.1). Регулятор установки напряжения ВУЛ-3 установить в нулевое положение; реостат – в положение, в котором сопротивление максимально, ключ К разомкнут. После проверки схемы лаборантом включить напряжение питания на ВУЛ.

2.Произвести размагничивание испытуемого образца:

−установить намагничивающий ток на 10 % больше максимального;

−одновременно уменьшать намагничивающий ток до нуля и переключать направление тока в намагничивающей обмотке (5-10 переключений).

3. Установить намагничивающий ток 10-20 % от максимального значения.

4. Произвести магнитную подготовку образца, для чего, не меняя ток в намагничивающей обмотке, сделать 10 переключений тока с помощью двухполюсного переключателя.

49