Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Метрология. Электрические измерения. Практикум
.pdf
.
3
p
CBA
PPP
P
++
=
.3
p A
PP =
W1
С A В
W2
RW1
Rд1
RW2
Rд2
R
Z3
Z1
Z2
Д
С
A
В
W2 W1 W
Рис. 6.10. Схема измерения реактивной мощности двумя ваттметрами
в сети трехфазного тока
3. В трех- и четырехпроводной сети Р
определяют по схеме трех ватт-
р
метров, включенных по напряжению «на чужие фазы» (рис. 6.11 и 6.12). При
этом реактивная мощность
Тогда
(6.14)
3
Рис. 6.11. Измерение реактивной мощности тремя ваттметрами
в трехфазной трехпроводной сети
При равномерной загрузке фаз можно ограничиться одним из ваттметров.
(6.15)
31
Следует иметь в виду, что при определении реактивной мощности ука-
,33
фффл
IUIUS ==
.
2
a
2
p
PSP −=
Z
Z
Z1 Д
С A В
W
W1 W
0
занными выше методами необходимо знать порядок чередования фаз сети. Если он окажется обратным, показания ваттметров во многих случаях будут отрицательными.
2
3
2
3
Рис. 6.12. Измерение реактивной мощности тремя ваттметрами
в трехфазной четырехпроводной сети
Реактивную мощность можно определить косвенным методом при измерении тока, напряжения и активной мощности. По средним току и напряжению
рассчитывают полную (кажущуюся) мощность, В·А:
(6.16)
где I
и Uф — соответственно фазные ток и напряжение; Uл — линейное напря-
ф
жение.
Тогда реактивная мощность, В·Ар:
(6.17)
32
7. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ
К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
Подготовка к лабораторным занятиям
Этот этап работы в большой степени определяет содержание и эффективность лабораторных занятий. При достаточной подготовке студент может выполнить, оформить и защитить лабораторную работу в течение одного занятия.
Подготовка заключается в составлении «заготовки» отчета, предварительном
ознакомлении с целью и содержанием лабораторной работы и изучении соответствующих теоретических вопросов.
Заготовка отчета должна содержать все разделы отчета, перечисленные в
методическом указании к конкретной лабораторной работе.
Рекомендуется «заготовку» выполнять аккуратно, с учетом требований,
предъявляемых к отчету по лабораторной работе. Это позволит в короткие сроки окончательно оформить «заготовку» и приступить к защите лабораторной
работы.
Проведение экспериментов
Эксперименты необходимо проводить под руководством преподавателя,
выполняя требования инструкции по технике безопасности и охране труда и
строго соблюдая последовательность выполнения работ, изложенную в настоящих методических указаниях.
Примечания:
1. По окончании каждого опыта измеренные и вычисленные значения
электрических величин следует согласовать с преподавателем.
2. К разборке электрической схемы исследуемой цепи можно приступать
только с разрешения преподавателя.
3. Если отчет оформляется не в период лабораторных занятий, то черновик
отчета, содержащий все измеренные и вычисленные значения электрических величин и векторные диаграммы, необходимо подписывать преподавателем.
Оформление отчета
Оформленный отчет должен содержать формулировку цели работы, схемы исследуемых цепей, таблицы с измеренными и вычисленными электрическими величинами, векторные диаграммы и краткие выводы по результатам исследований.
Требования к оформлению отчета:
1. Титульный лист отчета должен быть установленной формы, согласно
приведенному в настоящем практикуме образцу.
2. Электрические схемы следует выполнять в соответствии с требования-
ми стандартов.
33
Допускается применять условные обозначения, используемые в электрических схемах, приведенных в настоящем практикуме.
3. Векторные диаграммы необходимо строить в масштабе и по возможно-
сти — разными цветами.
Рекомендуется выбирать масштаб, обеспечивающий минимальные размеры векторной диаграммы в пределах 40–50 мм.
4. Таблицы и текст отчета должны быть написаны чернилами или пастой
черного, синего или фиолетового цвета без помарок и исправлений.
5. Буквенные обозначения электрических величин и единицы измерений
должны соответствовать стандарту.
Защита лабораторной работы
Лабораторная работа может быть зачтена только после успешной ее защиты.
Защита заключается в ответах на вопросы, раскрывающих цель, содержание и результаты лабораторной работы. Примерный перечень контрольных вопросов приведен в настоящем практикуме для каждой лабораторной работы.
Примечание. Защита лабораторной работы может проводиться по тестовым билетам. В этом случае вопросы, приведенные в билетах, должны полностью раскрывать содержание лабораторной работы.
34
8. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1.
вннаги
наг
RRR
R
EU
x
++
=
наги
RIU
x
⋅=
Подводящие
провода
Источник
напряжения
Нагрузка
R
Е
R
и
R
вн
U
и
I
U
ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ В ЛИНЕЙНЫХ
И НЕЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ
ПРИ ПОСТОЯННОМ ТОКЕ
Общие сведения
Электрическая цепь (рис. 8.1), в которой необходимо определить падение
напряжения (U
) на нагрузке (R
x
), подключена к источнику постоянного
наг.
напряжения. Значение напряжения может быть определено расчетным путем по
известным параметрам источника напряжения, нагрузки и подводящих приводов, U
, В:
x
, (8.1)
где R
и Rи — эквивалентные сопротивления нагрузки и подводящих прово-
наг
дов, Ом; Е — ЭДС источника напряжения, В; Rвн — внутреннее сопротивление
источника напряжения, Ом.
и
наг
x
Рис. 8.1. Схема определения значения напряжения расчетным путем
При прямом измерении напряжения средство измерения (вольтметр) подключается параллельно к соответствующему участку исследуемой цепи
(рис. 8.2).
При косвенном измерении напряжения путем измерения тока (I
кающего через известное сопротивление (R
), в разрыв цепи включается ам-
наг
), проте-
и
перметр (рис. 8.3). В этом случае значение напряжения определяется в соответствии с законом Ома:
. (8.2)
35
xx
UUU )20,115,1(
кон
−≤
R
наг
Е R
и
R
вн
U
и
I
и
U
x
A
вх
А
R
R
наг
Е R
R
U
I
и
U
V
вх
V
R
U
x, V
и
вн
и
x
Рис. 8.2. Схема прямого измерения напряжения
Рис. 8.3. Схема косвенного измерения напряжения
Средства измерения с соответствующими параметрами и метрологическими характеристиками выбираются по расчетным значениям напряжения и
требуемой точности результатов.
Наиболее важными параметрами являются:
1) полный диапазон измерений — это диапазон значений измеряемой ве-
личины, в котором нормируются погрешности прибора. Начальное (U
нечное (U
) значения диапазона называются соответственно нижним и верх-
кон
) и ко-
нач
ним пределами измерений. Верхний предел измерения не должен превышать
значения измеряемого напряжения более чем на 15–20%, т. е. Ux, В:
; (8.3)
2) предел допускаемой погрешности прибора, значение которого опреде-
ляется классом точности и используется при оценке погрешностей результатов
измерений;
3) цена деления, т. е. предельное значение измеряемой величины, отне-
сенное к конечному числу делений шкалы;
36
4) входное сопротивление прибора (сопротивление между входными за-
)(
ПО
V
I
)(
Н
V
Р
кон
вх
ПО
i
V
V
U
R
I
=
вх
2
кон
V
V
i
H
P
R
U
=
ВУ
АЦП
БИ
Ux
Nx
KUx
жимами прибора).
Для вольтметров обычно указывается не их входное сопротивление, а ток
полного отклонения
, соответствующий конечному значению измеряе-
мого напряжения (U
), или активная мощность
кон
, рассеиваемая на внут-
реннем сопротивлении вольтметра. В этом случае сопротивление вольтметра на
i-м пределе измерения, Ом:
, (8.4)
или
. (8.5)
Для измерения постоянных напряжений практически пригодны приборы
всех электромеханических систем. Благодаря широкому диапазону измерений,
высокой точности, малому потреблению энергии от объективного измерения, а
также простоте, надежности и низкой стоимости, широкое применение получили приборы магнитоэлектрической системы.
Они позволяют измерять напряжения от 10
добавочных сопротивлений — до 10
4
В.
-5
÷103 В, а с использованием
Электромагнитные, электродинамические и ферродинамические приборы
для измерения постоянных напряжений находят весьма ограниченное применение вследствие узкого диапазона измеряемых напряжений (1–10
2
В), а также из-
за значительного потребления энергии (в десятки раз большего, чем магнитоэлектрическими приборами).
Для измерения напряжения в высокоомных цепях используют электростатистические и электронные (аналоговые) приборы. Последние позволяют
измерять напряжения, значения которых не превышают 10
-6
В. Из-за большого
входного сопротивления погрешность измерения не превышает 4–6%. Элек-
тронными (цифровыми) вольтметрами измеряют напряжения, превышающие
-3
10
В, с погрешностью 0,1%.
Обобщенная функциональная схема электронного (цифрового) вольтметра (рис. 8.4) включает входное устройство (ВУ), аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и блок индикации результата (БИ).
Рис. 8.4. Функциональная схема электронного цифрового вольтметра
37
Входное устройство представляет собой многопредельные делители
100
н
U
∆
±=γ
н кон
i
UU=
100
н
U
V
γ±=∆
100
н
⋅
γ±=δ
x
V
U
U
−+±=δ 1
конxi
V
U
U
dc
напряжения и усилитель, обеспечивающие расширение пределов измерения
напряжений как в сторону больших, так и малых значений.
Аналого-цифровой преобразователь выполняет преобразование аналогового сигнала на его входе в дискретный, пропорциональный измеряемому
напряжению.
Блок индикации служит для отображения измерительной информации на
цифровом табло.
Электронные вольтметры выпускают многопредельными, с пределами
измерения от единиц милливольт до единиц киловольт. Входное сопротивление
этих вольтметров указывается в паспорте и, как правило, составляет 10
10
Ом.
Для вольтметров электромеханических систем, в том числе и электронных (аналоговых), пределы допускаемых погрешностей принято выражать в
форме приведенной погрешности, %:
, (8.6)
где Δ — предельное значение допускаемой абсолютной погрешности; U
—
н
нормирующее значение, равное значению i-го предела измерения, т. е.
.
В этом случае приведенная погрешность определяет класс точности. По
классу точности, а также по показаниям прибора, используя зависимость (8.6),
определяют пределы допускаемой абсолютной, Δ
, В:
V
, (8.7)
и относительной погрешностей (δ, от. ед.).
. (8.8)
Из выражения (8.8) можно сделать вывод, что для приборов одного класса точности при одном и том же значении измеряемого напряжения относительные погрешности тем меньше, чем ближе предел измерения к нормирующему значению измеряемой величины.
Для электронных приборов пределы допускаемых погрешностей в большинстве случаев выражают в форме относительной погрешности δ, %:
, (8.9)
38
или
−+±=δ 1
конxi
V
U
U
dc
нагивн
наг
RRR
R
ЕU
x
++
=
вх
V
R
.
)(
ивн
вхнаг
вхнаг
вхнаг
вхнаг
,
RR
RR
RR
RR
RR
ЕU
V
V
V
V
Vx
++
+
⋅
+
⋅
=
.
1
ивн
наг
вх
наг
вх
наг
,м xxVx
U
RR
R
R
R
R
R
UU
V
V
+
+
+
−=−=∆
, (8.10)
где c и d — постоянные приборы, %.
Поскольку сопротивление вольтметра не бесконечно, то при подключении его к цепи шунтируется соответствующий участок, тем самым изменяя его
сопротивление. Это обусловливает перераспределение падений напряжений на
участках цепи. До подключения вольтметра падение напряжения на нагрузке
U
, В:
x
После подключения вольтметра с сопротивлением
уменьшается и становится равным U
Уменьшение напряжения численно равно абсолютной методической погрешности Δ
, В:
м
x, V
. (8.11)
напряжение
, В:
(8.12)
(8.13)
Относительная методическая погрешность (δ
, %) всегда отрицатель-
м. расч
на, причем абсолютное ее значение тем меньше, чем больше сопротивление
вольтметра по сравнению с сопротивлением нагрузки:
39
.100
)()(
)(
100
)()(
)(
100
1
100
ивннагвнинагвх
ивннаг
вхнагвхнагивн
ивннаг
ивн
наг
вх
наг
вх
наг
м
м.расч
RRRRRRR
RRR
RRRRRR
RRR
RR
R
R
R
R
R
U
V
VV
V
V
x
+++
+
−=
=
⋅++⋅+
+
−=
=
+
+
+
−=
∆
=δ
Методическую погрешность можно определить и экспериментальным пу-
2вхV
R
,
)(
ивн
вхнаг
вхнаг
вхнаг
вхнаг
,
экв
экв
экв
экв
RR
RR
RR
RR
RR
ЕU
V
V
V
V
Vx
++
+
⋅
+
⋅
=
′
2
2
экв
вхвх
вхвх
вх
VV
VV
V
RR
RR
R
+
⋅
=
R
наг
Е R
и
R
вн
U
и
I
U
x
V
вх
V
R
U′
x, V
V
2вхV
R
тем, включая второй вольтметр V2 с сопротивлением
лельно первому.
(8.14)
(рис. 8.5) парал-
и
2
Рис. 8.5. Схема включения вольтметров для экспериментального определения
методической погрешности измерения напряжения
При этом показания первого вольтметра уменьшаются:
где
лельно включенных вольтметров, Ом.
— эквивалентное сопротивление двух парал-
40
(8.15)
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]