L5n-12с

2

М Е Т О Д И Ч Н І В К А З І В К И Д О Л А Б О Р А Т О Р Н О Ї Р О Б О Т И

“Вимiрювання ЕРС та напруги компенсацiйним методом” з дисципліни

“Основи метрології та електричних вимірювань”

Укладач: доцент Щербак М.І., Рецензент: д.т.н., проф. Євтух П.С.

Відповідальний за випуск: доцент Щербак М.І.

Методичні вказівки розглянуті й затверджені на засіданні кафедри систем електроспоживання та комп„ютерних технологій в електроенергетиці

Протокол № 4 від 02.02.2011 р.

Схвалено й рекомендовано до друку методичною радою ЕМФ Те р- нопільського національного технічного університету імені Івана Пулюя.

Протокол № 5 від 16.02.2011 р.

Посібник складено з урахуван ням матеріалів літературних джерел, наведених у списку.

4

напруга) та Uкy (квадратурна напруга) мiж повзунками Д1 і Д2 та початковою точкою "0" також зсунутi вiдносно один одного на кут 90 .

Рис. 2.

Рис. 4.

Таким чином, струм I2 співпадає по фазi з ЕРС Е2, отже струм як i Е2 зсунутий на 90по вiдношенню до струму I1. Створюванi струмами I1 i I2 спади напруг Uкx

5

(синфазна напруга) та Uкy (квадратурна напруга) мiж повзунками Д1 і Д2 та початковою точкою "0" також зсунутi вiдносно один одного на кут 90 .

При вiдсутностi струму в ланцi з нуль індикатором НІ, вимiрювана напруга Ux рiвна напрузi Uy.

Úx=-Úк=±Uкx±jUкy.

Знак i величина кожної складової залежить вiд положення повзунка на вiдповiдному реохордi по вiдношенню до точки "0" (див. рис. 2).

Модуль вимірюваної напруги Uх рiвний

Ux Uêx2 Uêy2 ,

а кут ψ мiж вектором напруги Ux (Uк) i вiссю дiйсних чисел АБ (рис. 2), який співпадає по напряму з вектором струму I1, рiвний

ψ=arctg(Uкy/Uкx).

Величина струму İ2 при İ1 = const залежить вiд частоти напруги. Для того, щоб градуювання шкал потенцiометрiв (в дiючих значеннях Ux або Ex ) в заданому дiапазонi частот не порушувались, необхiдно так пiдбирати величину опору R2, щоб вiдношення ω/R2 = const. Вiдповiдний кожному значенню частоти опiр R2 встановлюється з допомогою магазину опорiв Rf, проградуйованого в значеннях частоти поданої напруги.

Розширення діапазону вимірювання потенціометрів змінного струму виконують за допомогою без реактивних подільників напруги.

2.2 Компенсацiйний метод вимiрювання на постiйному струмi

Принципова схема такого потенцiометра показана на рис. 4.

Eн - нормальний елемент , ЕРС якого вiдома; Ех - вимiрювальна ЕРС; НI - нуль-iндикатор звичайно магнiтоелектричний гальванометр; Rн - зразковий резистор, опiр якого вибирається в залежностi вiд значення робочого струму потенцiометра; R - резистор з вiдомим регульованим опором; R1 - реостат; ВБ – допомiжне джерело струму.

Методика вимiру Ex наступна. Спочатку встановлюється певне для кожного типу потенцiометра значення робочого струму Iр. Для цього перемикач S повинен бути в положеннi "а" i опiр резистора R1 необхiдно змiнювати до тих пiр, поки гальванометр НІ не покаже вiдсутнiсть струму, тобто "0". Це буде при рiвностi

Eн=IрRн ,

звiдки можемо знайти потрiбне значення робочого струму Iр потенцiометра.

Пiсля цього, перемикач S повинен бути поставлений в положення "б", i перемiщаючи повзунк П знову необхiдно добитися вiдсутностi струму в гальванометрi НІ. Це буде при деякому значеннi опору Rх, який можна вiдрахувати на шкалi магазину опорiв. Тодi

Eх=IрRх,

де Iр - встановлене ранiше значення робочого струму.

6

Цей спосiб вимагає, очевидно, постiйного значення робочого струму пiд час вимiрювання.

CH

Рис. 5.

Рис. 6. Розміщення ручок управління

1-затискачi X1 i X2; 2-перемикач "НАПРАВЛЕНИЕ ТОКА"; 3-перемикач роду робiт (X1, X2, Ia, Iв, Ic); 4-резистори плавного виставлення струмiв; 5-вимiрювальнi декади рядiв U1 i U2; 6-

перемикач "ЧУВСТВИТЕЛЬНОСЬ"; 7-вихiдний прилад АК; 8–ручки установка нуля O1, O2, O3.

9 – кнопка O1, O2, O3.

7

Висока точнiсть вимiрювання ЕРС потенцiометром обумовлена тим, що при обчисленнi вимірюваної ЕРС чи напруги виходять з ЕРС Eн, i опорiв вiдомих з великою точнiстю.

Одною з важливих переваг потенцiометрiв є вiдсутнiсть споживання струму вiд джерела ЕРС яке вимiрюють. Саме по цiй причинi можливе вимiрювання ЕРС за допомогою потенцiометрiв.

3 ОПИС ЛАБОРАТОРНОI УСТАНОВКИ

Потенціометрична установка постiйного струму Р363 складається з наступних блоків: вимiрювального блоку – власне потенціометра Р-363-3 (ВБ), стабiлiзатора напруги постійного струму П36-1 (СН), компенсатора (АК), який складається з блоку управлiння (власне АК) i пiдсилювача. Блоки з‟єднані мiж собою згiдно з схемою рис. 5. Розмiщення ручок управлiння та призначення елементiв БВ, АК на переднiх панелях показано на рис. 6.

Покази БВ злiчуються з двох незалежних рядiв декадних перемикачів 5, що дозволяє проводити зрiвноваження двох незалежних напруг, а також швидко проводити повторнi вимiри кожного з них.

З допомогою декад потенцiометра зрiвноважується основна частина вимірюваної напруги. Некомпенсована частина зрiвноважується автоматично за допомогою блоку АК. Стабiлiзатор напруги (СН) призначений для живлення робочих ланок потенцiометра.

4 ПРОВЕДЕННЯ ДОСЛIДУ

УВАГА!

При проведеннi дослiду користуватись лише тими ручками, якi вказанi в інструкції до лабораторної роботи!!!

4.1Пiдготовка до проведення вимірювання

4.1.1Ознайомтесь з приладами, апаратами та іншим обладнанням лабораторної установки i запишіть в звіт їх метрологічні та технiчнi характеристики.Увiмкнiть пiдсилювач та стабiлiзатор напруги. Час прогрiвання блокiв становить не менше 10 хв.

4.1.2На блоцi АК:

- вiдпустiть кнопки "ИЗМЕРЕНИЕ", "ШУНТ АК" i O1, O2, O3;

- перемикач "ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ" поставте в положення 10 1 B;

- встановiть ручки O1, O2 приблизно в середнє положення;

- встановiть стрiлку вихiдного приладу на нульову вiдмiтку шкали, ручками O2, O3 пiдвищуючи чутливiсть по ступенях до 10 7 B;

-встановiть перемикач "ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ" в положення 10 6 B, нажмiть

кнопку O1, O2, O3 i встановiть стрiлку вихiдного приладу на нульову вiдмiтку шкали ручкою O1;

-вiдпустiть кнопку O1, O2, O3.

8

4.1.3 На блоцi БВ:

-ручку "НАПРАВЛЕНИЕ ТОКА" поставте в положення 1;

-встановiть всi декаднi перемикачi U1 та U2 на "0";

КАТЕГОРИЧНО ЗАБОРОНЯЕТЬСЯ! повертати ручки 4 оскiльки буде порушена настройка струмiв в ланках потенціометра.

4.2 Порядок проведення вимірювання

4.2.1 Дотримуючись полярностi, увiмкнути джерело вимірюваної напруги (ЕРC) до затискачiв Х1.

4.2.2 Поставити перемикач 3 в положення X1 а перемикач "ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ" в положення 10-2 B;

4.2.3 Натиснути i зафiксувати кнопку " ИЗМЕРЕНИЕ " на блоцi АК. При цьому вихiдний прилад покаже наявнiсть до 10-2 B незкомпенсованої напруги.

4.2.4 За допомогою старших декад перемикачiв U1 встановити стрiлку вихідного контрольного приладу приблизно на "O";

4.2.5 Збiльшити чутливiсть до 10-3 B.

4.2.6 Повторити операцiю п. 4.2.4, але за допомогою наступних менших декад

перемикачiв U1.

4.2.7 Аналогiчним методом проводити вимiрювання поступово збiльшуючи чутливість до 10 6 B.

4.2.8 По вихiдному приладу АК зробити вiдлiк показiв в подiлках a1 при положеннi I, перемикача "НАПРАВЛЕНИЕ ТОКА". Зменшивши чутливiсть до 10 1 B поставити перемикач в положення ІІ, перемкнувши ручку "ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ" на 10 6 B, зняти вiдлiк.

4.2.9 Визначте вимiрювану напругу в вольтах по формулi:

Ux = U1 + Uaк

де U1 - вiдлiк по декадах потенцiометра в вольтах; Uαк - покази АК в вольтах по формулi:

Uαк = ((α1 + α2)/2)10 n B,

де n - номер положення перемикача "ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ".

Значення α1 i a2 повиннi підставлятись в формулу з своїми знаками ("+" чи "-") згiдно з напису на шкалi вихiдного приладу АК.

Значення напруги записати в табл. 1.

4.2.10Поміняти полярність вимірювальної напруги і повторити виконання пп.

4.2.2– 4.2.9 з врахуванням зміни полярності. Вимiрювання на затискачах X2 проводяться при установцi перемикача 3 (рис. 6) в положеннi X2.

4.2.11Зменшити чутливiсть до 10 1 B.

4.2.12Вiдпустити кнопку "ИЗМЕРЕНИЕ".

4.2.13имкнути прилад з мережi.

9

Таблиця 1.Результати вимiрювань напруги.

5ОПРАЦЮВАННЯ РЕЗУЛЬТАТIВ ДОСЛIДУ

5.1Вичисліть середнє значення кожної з вимiряних напруг по формулi (похибки подати до третього знаку пiсля коми):

5.2 Опрацюйте результати спостережень

а) обчисліть середнє iз n=10 вичислених значень, яке прийміть за результат вимiрювань

Uc=(Uc1+Uc2+...+Uc10)/10;

б) знайдіть абсолютну Ui і відносну δ похибки кожного iз n=10 вимiрiв,

Ui=Uc-Uci,

Uci ; i Uc

в) оцініть середнє квадратичне відхилення результату спостережень

г) дайте оцінку середньоквадратичного відхилення результату вимірювань

д) визначіть довiрчi границi випадкової похибки при заданiй iмовiрностi (приймаємо, що похибки підлягають нормальному розподiленню)

ε=tSx,

де t - коефіцієнт Стьюдента, для Р = 0,95 при n = 5 має значення 2,571, а при n = 10 - 2,262.

10

е) границi не виключеної систематичної похибки Θ результату вимiрювання обчислити шляхом побудови композиції не виключених похибок засобiв вимiрювання, похибок метода i похибок визваних iншими джерелами. При рiвномiрному розподiлi маємо

m - кiлькiсть не виключених похибок.

5.3 Границi похибки результату вимірювань:

де K - коефіцієнт який залежить вiд спiввiдношення випадкової i не виключеної систематичної похибок i визначається згiдно ГОСТ 8.207-76 по емпiричнiй формулi

U=Uc±Δ; Р=0,95.

5.4Побудувати варіаційні ряди абсолютної та відносної похибок, гістограми та графіки накопичених частот.

5.5Зробити науковий висновок по роботi.