1.3 Задача №28

1.3.1. Условие задачи

Для измерения коэффициента мощности () нагрузки применен метод трех вольтметров. При измерении используется мера сопротивления класса 0,1. Частота генератора питания равна .

Показания приборов:

• Вольтметр , измеряющий напряжение генератора, показывает ;

• Вольтметр , включенный параллельно нагрузке, показывает ;

• Вольтметр , включенный параллельно мере сопротивления, показывает .

Технические характеристики вольтметров:

• Пределы измерения ;

• Классы точности 0.4/0.05.

Задание.

• Составить схему измерения;

• Составить векторную диаграмму;

• Определить значение коэффициента мощности;

Рассчитать стандартную неопределенность результата измерения.

2. Решение задачи

Схема измерения представлена на рисунке 1.5.

Рисунок 1.5 – Схема измерения коэффициента мощности () нагрузки

Векторная диаграмма представлена на рисунке 1.6.

Рисунок 1.6 – Векторная диаграмма

На рисунке 3.1 обозначено:

─ сопротивление нагрузки;

─ измерительная катушка, безреактивная мера электрического сопротивления;

─ сила тока;

─ показания вольтметров.

Направления вектора падения напряжения на сопротивлении и вектора тока совпадают. Для треугольника напряжений применим теорему косинусов

.

Учитывая, что

Коэффициент мощности можно определить по формуле

.

Вычисляем коэффициент мощности:

Стандартная неопределенность вычисляется по формуле:

где

а абсолютные погрешности

Стандартная неопределенность равна:

Ответ:

Раздел № 2 Теоретические вопросы

1. Вопрос №50. Меры емкости

Мерами называют средства измерений, предназначенные для воспроизведения физической величины заданного размера. Различают однозначные меры, многозначные меры и наборы мер.

Образцовыми мерами являются меры, служащие для поверки по ним других средств измерений и утвержденные в качестве образцовых.

Образцовые меры емкостей должны обладать постоянством ем­кости и малым температурным коэффициентом, весьма малыми потерями энергии в диэлектрике, независимостью емкости от ча­стоты и формы кривой тока и высокими сопротивлением и прочностью изоляции. Этим требованиям в наибольшей мере отвечают конден­саторы, у которых диэлектриком служит воздух или какой-либо газ. Однако воздушные конденсаторы имеют большие размеры и практически применяются лишь в тех случаях, когда требуется значение емкости не более 11 000 пФ. Конденсаторы с воздушным Диэлектриком выпускаются на различные номиналы в пределах от 50 до 4000 пФ.

В конденсаторах переменной емкости имеется система обкладок в виде ряда неподвижных, закрепленных плоских металлических полупроводников, в промежутках между которыми можно поворачивать вторую систему полупроводников, укрепленных на общей оси, снабженной рукояткой. Емкость такого конденсатора изменяется в зависимости от того, насколько подвижные диски выдвинуты в промежутки между неподвижными. Максимальная емкость таких конденсаторов обычно не превышает 1100 пФ. Точность их подгонки колеблется от 0,01 до 0,1%. Тангенс угла потерь не превышает 10^-4, температурный коэффициент порядка 10^-2 град^-1. Образцовые воздушные конденсаторы, предназначенные в основном для градуировки и поверки рабочих конденсаторов и измерительных приборов, выпускаются на различные номинальные значения емкости и могут соединяться параллельно. Для параллельного соединения конденсаторов их располагают один над другим. При этом штепселя сверху находящегося конденсатора входят в гнезда конденсатора, расположенного под ним.

Одиночные конденсаторы с газовым диэлектриком применяют для измере­ний в цепях высокого напряжения. В качестве заполняющего газа обычно при­меняют углекислый газ или азот (иногда применяют фреон и элегаз, отличающиеся повышенной пробивной прочностью) под давлением примерно 10⁶ Па. При таких Давлениях пробивная прочность газа велика. Это позволяет создавать конден­саторы малых размеров для работы при высоких напряжениях (десятки и сотни киловольт).

Кроме воздушных конденсаторов, применяемых как меры малых значений емкости, в качестве образцовых и рабочих мер емкости больших значений часто применяются слюдяные конденсаторы. Тангенс угла потерь слюдяных конденсаторов примерно 10^-4 , температурный коэффициент емкости примерно 5·10^-5 К^-1 . Слюдя­ные конденсаторы выпускаются в виде отдельных мер с постоян­ным значением емкости или в виде магазинов емкостей. Магазины емкостей применяются двух типов: штепсельные и рычажные. Штепсельные магазины делаются для ступенчатого изменения больших емкостей - от одной до сотен микрофарад. Рычажные магазины чаще всего дела­ются четырехдекадными с суммарной емкостью дo 1,11 мкФ; три декады емкости - со ступенчатым включением, функцию четвертой декады выполняет воздушный конденсатор переменной емкости. Для комплектования декад применяют разномерные по значению емкости конденсаторы числом 4 с кратностями емкости 1, 2, 3, 4 или 1,2; 2,5 или 1, 2, 3, 6, а также конденсаторы равной емкости. Преимущество декад с конденсаторами одинаковой емкости заключается в меньших скачках значений емкости при коммутации, однако стоимость таких декад больше, чем декад с разномерными конденсаторами.