Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электротехника. Учебное пособие
.pdf
21
выраженная в процентах от предела измерений прибора, и есть класс
точности. Эта характеристика указывается на шкале устройства и регламентируется соответствующими стандартами.
На сегодняшний день установлено девять основных классов
точности для электроизмерительных приборов: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0;
1,5; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0.
Приборы с классом точности от 0,05 до 0,5 включительно относятся к прецизионным — они применяются в метрологических лабораториях и при выполнении высокоточных измерений. Устройства
классов 1,0–4,0 называются техническими и используются в промышленности и энергетике для контроля параметров электрических
цепей. Приборы с классом точности выше 4,0 считаются внеклассовыми и применяются там, где к точности предъявляются минимальные требования.
Зная класс точности прибора и предел его измерений, можно
рассчитать наибольшую допустимую абсолютную погрешность, которая считается постоянной величиной на данном диапазоне:
Например, если класс точности вольтметра 0,5, а предел измерения 15 В, то максимальная абсолютная погрешность составит
Предел измерения, чувствительность электроизмерительно-
го прибора, цена деления и диапазон измерений.
Предел измерения — максимальное значение измеряемой величины, при котором стрелка прибора отклонится на максимальное
число делений при данном включении.
22
Одним из ключевых параметров электроизмерительных устройств
считается чувствительность — способность прибора фиксировать изменения измеряемого параметра. Для ее количественной оценки используется отношение величины смещения указателя (углового или
линейного) к вызвавшему его изменению измеряемой величины:
где: β — перемещение стрелки прибора;
α — значение измеряемого параметра.
Такой способ определения чувствительности допустим в случае,
если у рассматриваемого прибора шкала остается неизменной на всем
диапазоне измерений (S = const). Если шкала неравномерна, чувствительность рассчитывается отдельно для каждой ее точки по формуле:
Обратная величина чувствительности, обозначаемая как
,
характеризует цену деления шкалы — минимальное изменение измеряемого параметра, которое может быть зафиксировано прибором.
Порог чувствительности — это наименьшее изменение измеряемой величины, способное вызвать заметное изменение показаний
устройства.
Для определения цены деления прибора необходимо величину
предела измерения
разделить на количество делений на шкале
N (максимальное число, написанное на шкале):
Диапазон измерений шкалы — это интервал значений физиче-
ской величины, в пределах которого прибор способен выполнять из-
23
мерения с погрешностью, соответствующей его классу точности. За
границами этого диапазона точность измерений не гарантируется, и
полученные значения могут быть недостоверными.
Рис. 1.1.1. Примеры шкал аналоговых приборов
Следует отметить, что диапазон измерений шкалы не всегда
совпадает с пределом измерения прибора, то есть максимальным или
минимальным значением, которое может быть отображено на шкале.
В таких случаях производитель может специально выделять допустимые пределы измерений определенными графическими обозначениями:
• отсутствие младших делений за пределами рабочего диапазо-
на (см. рис. 1.1.1, а);
• точки, между которыми расположен допустимый диапазон
измерений (см. рис. 1.1.1, б);
• утолщенные участки дуги шкалы, указывающие на зону кор-
ректных измерений (см. рис. 1.1.1, в).
24
Эти условные обозначения позволяют пользователю быстро
определить, в какой части шкалы показания прибора являются достоверными, а также избежать ошибок при проведении измерений за
пределами нормированной точности.
Ход работы
Применительно к стрелочным приборам, расположенным на лабораторном столе, ответить на вопросы и заполнить таблицу.
1. Является ли прибор прибором одно- или многоцелевого
назначения?
2. Каковы пределы измерения?
3. Какова цена деления?
4. Какова система прибора?
5. В каких электрических цепях можно производить измерения
этим прибором?
6. Каков класс точности?
7. Заполнить табл. 1.1.6 в соответствии с приборами, выданными
преподавателем.
Таблица 1.1.6
Проводимые исследования
Название прибора
Одно- или многоцелевой
Предел
Цена деления
Чувствительность
Система прибора
Для каких цепей
Класс точности
25
Контрольные вопросы
1. Опишите устройство и принцип работы измерительных при-
боров магнитоэлектрической и электромагнитной систем.
2. Перечислите основные положительные и отрицательные ха-
рактеристики приборов магнитоэлектрической и электромагнитной
систем.
3. Что понимается под пределом измерения прибора, и какое
значение он имеет при проведении электрических измерений?
4. Каким образом определяется цена деления шкалы измери-
тельного прибора?
5. Дайте определение абсолютной и относительной погрешно-
стей измерения. В чем их различие и практическое значение?
6. Объясните методику расчета относительной погрешности
стрелочного измерительного прибора для любой точки его шкалы.
7. В какой области шкалы измерительного прибора обеспечива-
ется наибольшая точность показаний и почему?
8. Какую информацию предоставляет класс точности измери-
тельного прибора?
9. Каковы основные преимущества цифровых измерительных
приборов по сравнению с аналоговыми устройствами?
26
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2
«ЛИНЕЙНЫЕ И НЕЛИНЕЙНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ
ПОСТОЯННОГО ТОКА»
Цель работы: получение навыков сборки простых электриче-
ских цепей, включения в электрическую цепь измерительных приборов. Научиться измерять токи и напряжения, убедиться в соблюдении
законов Ома и Кирхгофа в линейной и нелинейной цепи.
Теоретическая часть
Электрическая цепь, состоящая исключительно из элементов с
линейной вольт-амперной характеристикой, называется линейной
электрической цепью. Такие элементы, обладающие постоянным сопротивлением и не зависящими от тока или напряжения параметрами,
именуются линейными элементами.
Последовательным соединением называется такое соединение
элементов электрической цепи, при котором через все участки протекает один и тот же ток. Эквивалентное сопротивление цепи постоянного тока, состоящей из последовательно соединенных резистивных
элементов, определяется как сумма сопротивлений всех участков:
Напряжение на каждом отдельном участке рассчитывается согласно закону Ома и пропорционально значению сопротивления этого участка:
.
Согласно второму закону Кирхгофа, суммарное напряжение,
приложенное к последовательному участку цепи, равно алгебраической сумме напряжений на отдельных его элементах:
.
27
Параллельным соединением называется такое соединение, при
котором все элементы цепи подключены к одной и той же паре узлов,
а, следовательно, находятся под действием одного и того же напряжения. Токи, протекающие через отдельные элементы, определяются
по закону Ома:
Согласно первому закону Кирхгофа, ток в неразветвленной части цепи равен сумме токов, протекающих по всем параллельным
ветвям:
Эквивалентная проводимость параллельного соединения определяется как сумма проводимостей отдельных ветвей:
Нелинейной электрической цепью называется электрическая
цепь, содержащая хотя бы один элемент, у которого зависимость
между током и напряжением не является линейной. Такие элементы
называются нелинейными, а их поведение описывается вольтамперной характеристикой (ВАХ), представляющей собой кривую
линию, а не прямую.
В отличие от линейных элементов, для которых характерно постоянство сопротивления и прямая пропорциональность между током
и напряжением, параметры нелинейных элементов изменяются в зависимости от режима работы цепи. Это означает, что их сопротивление и проводимость не остаются постоянными, а зависят от текущих
значений тока или напряжения.
28
Несмотря на нелинейный характер отдельных элементов, к таким цепям сохраняют свою силу основные законы электротехники,
включая законы Кирхгофа. Эти законы применимы к любым мгновенным значениям токов и напряжений, независимо от того, линейной или нелинейной является зависимость между ними.
Однако при анализе нелинейных цепей становятся неприменимыми классические методы, основанные на принципе суперпозиции
(наложения). Это связано с тем, что нелинейные элементы не обладают свойством аддитивности, и их параметры не могут быть представлены в виде постоянных величин. В результате, традиционные
методы расчета, применяемые в линейной электротехнике, требуют
модификации или замены на специализированные подходы.
Одним из наиболее распространенных и наглядных методов
анализа нелинейных цепей является графический метод. Он заключается в построении и анализе вольт-амперных характеристик отдельных элементов и всей цепи в целом. При этом процесс расчета сохраняет логическую последовательность, характерную для линейных цепей, но вместо алгебраического сложения или вычитания численных
значений токов и напряжений используется графическое сложение
(или вычитание) соответствующих координат ВАХ.
Такой подход позволяет учитывать нелинейный характер зависимости между током и напряжением и получать достаточно точные
результаты при анализе режимов работы цепи.
Порядок выполнения работы
2.1. Ознакомьтесь с компонентами лабораторной установки: мо-
дуль питания, модуль резисторов, модуль диодов и модуль мультиметров. Изучите электрическую схему, представленную на рис. 1.2.1,
и соберите линейную электрическую цепь с последовательным соединением резисторов R₁ и R₂. Установите заданные преподавателем
значения сопротивлений резисторов. После завершения сборки представьте собранную схему преподавателю для проверки.
29
Рис. 1.2.1. Электрическая схема последовательного соединения
активных элементов
2.2. Включите питание лабораторного стенда: переведите авто-
матический выключатель QF1 и тумблер SA2 модуля питания во
включенное положение. Измерьте следующие параметры:
• напряжение источника питания U;
• напряжения на резисторах U₁ и U₂;
• ток, протекающий в цепи.
Результаты измерений занесите в табл. 1.2.1. После завершения
измерений отключите питание стенда.
2.3. Согласно схеме, приведенной на рис. 1.2.2, соберите элек-
трическую цепь со смешанным соединением резисторов R₁, R₂ и R₃.
Установите заданные значения сопротивлений. После проверки собранной схемы преподавателем включите источник питания и проведите измерения:
• напряжений и токов на всех участках цепи;
• потребляемой цепью мощности.
Рис. 1.2.2. Электрическая схема смешанного соединения
активных элементов
30
Полученные данные занесите в табл. 1.2.1. По окончании измерений отключите источник питания постоянного тока.
Таблица 1.2.1
Результаты измерений
Схема
U
пит
, В
U1, В
U
2,
В
I
1,
А
I2, А
P, Вт
Последовательное подключение
Смешанное подключение
После проведения измерений:
1) проверить выполнение баланса мощностей;
2) сделать выводы о выполнении 1-го и 2-го законов Кирхгофа
и о применении закона Ома в линейной цепи постоянного тока.
2.4. Cоберите нелинейную цепь, состоящую из резистора и по-
лупроводникового стабилитрона, согласно схеме, представленной на
рис. 1.2.3. В качестве измерительных приборов используйте мультиметры, настроенные в режимы амперметра и вольтметра. После сборки схемы представьте ее преподавателю для проверки.
Рис. 1.2.3. Электрическая схема с резистором
и нелинейным элементом
2.5. После проверки собранной схемы преподавателем включите
питание лабораторного стенда: установите во включенное положение
автоматический выключатель QF1 и тумблер SA2 модуля питания, а
также активируйте модуль диодов, переведя переключатель SA1 в рабочее состояние.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]