МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ОДЕССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ОСНОВ И ОБЩЕЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ЛАБОРАТОРНОМУ ПРАКТИКУМУ И РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ ПО КУРСУ «ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ»

Одесса ОНПУ 2011

Оглавление

1. Лабораторная работа № 1. Применение компенсационного метода поверки измерительных приборов………………………………………………………………………3

2. Лабораторная работа № 2. Исследование индукционных счетчиков и схем их

включения…………………………………………………………………………………………6

3. Лабораторная работа № 3. Измерение мощности в трехфазных электрических цепях...12

4. Лабораторная работа № 4. Измерение параметров электрических цепей……………….16

5. Лабораторная работа № 5. Электронный осциллограф…………………………………...21

6. Лабораторная работа № 6. Исследование общих свойств показывающих приборов…...26

7. Лабораторная работа № 7. Измерительные преобразователи (ИП) угловых

перемещений……………………………………………………………………………………32

8. Лабораторная работа № 8. Измерение потерь в стали…………………………………….34

9. Лабораторная работа № 9. Измерение частоты, интервалов времени и разности фаз….38

Лабораторная работа №1

Применение компенсационного метода поверки измерительных приборов

Примеры решения задач па теме работы

1. Определите наибольшие абсолютную и относительную погрешности измерения тока I=2.5A прибором класса точности γA= 0,5 с пределом измерения IH=5 А.

Решение. Наибольшая абсолютная погрешность прибора

Наибольшая относительная погрешность измерения тока I равна

2. Рассчитайте сопротивления шунта RШ и добавочного резистора RД для измерения тока 150 mА и напряжения 15 V, используя при этом измерительный механизм с током полного отклонения I0=10 mA и сопротивлением R0 =14 Ω.

Решение. Сопротивление шунта

Падение напряжения на измерительном механизме при действии то­ка полного отклонения равно

Следовательно, сопротивление добавочного резистора

1. Определите относительные погрешности измерения токов в каждой из оцифрованных точек шкалы амперметра. Прибор, рассчитанный на 5 .., имеет класс точности 1,0. Шкала прибора оцифрована через 1 А.

Ответ: 5 %; 2,5 %; 1,7 %; 1,2 %; 1,0 %.

2. Определите наибольшую возможную разницу показаний двух па­раллельно подключенных вольтметров с пределом измерения 150 V, если класс точности одного вольтметра 1,5, а второго 2,5. Дейст­вительное значение измеряемого напряжения равно 100 V.

Ответ: 6 V.

3. Определить класс точности амперметра с пределом измерения I_А = 1 А, поверяемого компенсационным методом. Поверяемым оцифро­ванным точкам шкалы амперметра 0,2 А; 0,4 А; 0,6 А; 0,8 А; I А соответствуют действительные значения токов 0,2058 А; 0,З976 А; 0,6049 А; 0,8021 А; 0,9982 А.

Ответ: 1,0.

4. Подберите сопротивление образцового резистора, включаемого в компенсационную поверочную схему амперметра с пределом измере­ния 100 А, если максимальное напряжение, измеряемое высокоомньм компенсатором постоянного тока, соответствует 2,11111 V. Нормированные значения сопротивлений образцовых резисторов 0,1 Ω; 1,0 Ω; 10,0 Ω; 100 Ω.

Ответ; 10 Ω.

5. Определите предел измерения тока I₁. в схеме двухпредельного миллиамперметра (рис. 1.1) с тоном полного отклонения рамки измерительного механизма I₀ = 50 μА, внутренним сопротивлением R₀ = 100 Ω. Значения сопротивлений резисторов ступенчатого шунта R₁ = 9,9 Ω, R₂ = 0,1 Ω.

Рис. 1.1

Ответ: 550 μА

6. Определите значение сопротивления добавочного резистора R_Д, включенного последовательно в цепь магнитоэлектрического вольт­метра с пределом измерения 30 V, внутренним сопротивлением R₀ = 1000 Ω и шкалой на 150 делений для расширения пределов измерения напряжения до 300 V . Чему равна цена деления прибора?

Ответ: 9 кΩ; 2 V/div.

7. Определить ток полного отклонении и входное сопротивление магнитоэлектрического вольтметра с верхним пределом измерения 150 V, если при измерении этого напряжения потребляемая им мощ­ность составляет 3 W.

Oтвет: 20 mА; 7,5 к Ω.

8. Подберите коэффициент деления делителя, используемого для расширения предела измерения высокоомного потенциометра постоян­ного тока с 2,11111 V до 60 V. Начертите схему измерения на­пряжения с делителем, сопротивления секций которого относятся как 1:10:100:1000. Определите сопротивления отдельных секций, если полное сопротивление составляет 1000 Ω.

Ответ: К_Д = 100.

Контрольные вопросы

A. 1. Сформулируйте основную задачу поверки средств измерений,

2. Назовите преимущественную область использования компенсационного метода для поверки средств измерения.

З. Почему метод поверки средств измерения получил название компенсационного?

4. Какие качества метода определили широкое его применение особенно при пoвepкe средств измерений высокого класса точности?

5. Что понимают под погрешностью средств измерений?

6. Как подразделяются погрешности средств измерений по способу выражения?

7. Как подразделяют погрешности измерительных приборов по при­чине и условиям возникновения?

8. Какая погрешность измерительного прибора называется аддитивной? Мультипликативной?

9. Как определить абсолютную, относительную и приведенную погрешность измерительного прибора?

10. Что означают на шкале аналогового измерительного прибора обозначения 0,5, или ?

11. Что означает на шкале измерительного прибора обозначение 0,02/0,01?

12. Дайте определение класса точности электроизмерительных при­боров.

I3. Назовите метод измерения, используемый в компенсаторах (по­тенциометрах) постоянного токa.

14. Что обеспечивает высокую точность измерения напряжения по­тенциометром постоянного тока?

15. Назовите преимущества измерения напряжения потенциометром постоянного тока перед аналоговыми приборами.

16. Начертите схему измерения тока при помощи потенциометра.

17. Как осуществляется установка рабочего тока в высокоомных потенциометрах постоянного тока?

18. Как обеспечить неизменность рабочего тока при изменении температуры окружающей среды?

19. Как скажется на работе потенциометра изменение полярности включения вспомогательной ЭДС, измеряемого напряжения?

20. Для какой цели в схеме потенциометра применен нормальный элемент?

Б. 21. Какие средства измерений используются для расширения пределов измерения потенциометра постоянного тока? .

22. Как рассчитать сопротивление шунта для построения ампермет­ра на базе магнитоэлектрического измерительного механизма?

23. Как рассчитать сопротивление добавочного резистора при расширении пределов измерения вольтметра?

24. Как влияет погрешность задания значения сопротивления добавочного резистора на точность измерения напряжения вольтметром?

25. Какие средства измерений называют мерами?

26. Какие средства измерений называют измерительными приборами?

27. Какие средства измерений называют измерительными преобразователями?

28. Какие погрешности называют систематическими?

29. Какие погрешности называют случайными?

30. Почему при подборе шунтового резистора желательно увеличивать его сопротивление до требуемого значения, а при подборе до­бавочного - уменьшать?

31. Почему внутреннее сопротивление нормального элемента (а оно может составлять несколько тысяч ом) не влияет на точность измерений потенциометром постоянного тока?

32. Почему сопротивление соединительных проводов не влияет на точность измерений?

Лабораторная работа № 2

Исследование индукционных счетчиков и схем их включения

Примеры решения задач по теме работы

А. 1. Энергия, израсходованная в однофазной электрической цепи синусоидального тока частотой f = 49,5 Hz, измерена тремя методами – прямым, с помощью индукционного счетчика, и двумя кос­венными - ваттметром и секундомером, а также амперметром, вольтмет­ром, фазометром и секундомером. Определить максимальные абсолютные погрешности измерения энергии всеми указанными методами и привести схему включения приборов.

Характеристики npиборов и результаты измерения приведены в таблице.

Измерительный прибор	Класс точности	Предел измерения	Результаты измерения
Счетчик Ваттметр Секундомер Амперметр Вольтметр Фазометр	2,0 0,2 0,1 1,0 1,0 2,5	- РН=1500 W - IН=5 А UH=300 V φH=(0÷360)°	WX=58740 WS PX=572 W tX=120 S IX=3 A UX=220 V φX=30°

Решение: Схема включения приборов

Рис 2.1

Погрешности счетчика:

основная – γ = 2,0%

дополнительная, определяемая отличием частоты f_X = 49,5 Hz

от номинальной f_H = 50 Hz

_{результирующая относительная}

;

абсолютная

.

Результат измерения

Энергия, измеренная ваттметром

Погрешность ваттметра

результирующая

абсолютная

Результат измерения

(68640±426) Ws

Энергия, измеренная амперметром, вольтметром, фазометром и секундомером,

Погрешность: амперметра

вольтметра

результирующая

абсолютная

Результат измерения

Наибольшая точность получена при измерении энергии ваттметром и секундомером.

Уточненное значение относительных погрешностей счетчика

Метода амперметра, вольтметра, фазометра, секундомера

Б.2. В симметричной трехфазной трехпроводной системе за время t = 240 S измерена активная и реактивная энергии двумя способами - счетчиками активной и реактивной энергии и ваттметрами, включенными по схеме двух приборов. Номинальные постоянные счетчиков равны С_НА = 3000 , С_НР= 4000 , а их диски совершили N_А = 81 и N_Р = 37 оборотов соответственно. Показания ваттметров составили Р₁ = 800 W, P₂ = 200 W.

Составить схему включения приборов и определить погрешности измерения энергии, имея в виду, что класс точности ваттметров на порядок выше класса точности счетчиков.

Решение.

Рис 2.3

Энергия, измеренная ваттметрами и секундомером:

активная

реактивная

Энергия, измеренная счетчиками:

активная

реактивная

Погрешности измерения энергии счетчиками:

активной энергии

реактивной

Примеры для самостоятельного решения

А. 1. Для определения энергии, израсходованной в цепи, были измерены напряжение с погрешностью δ_U = ±0,5 %, сопротивление с погрешностью δ_R = ±0,5 %, время с погрешность. δ_t = ±1,5 %. Определить относительную погрешность измерения энергии.

2. На счетчике написано «400 оборотов диска - 1 ГвтЧ». Определить среднюю потребляемую мощность, если диск счетчика сделал 10 оборотов за 30 S.

З. Для поверки однофазного счетчика активной энергии с номи­нальным током 5А и номинальным напряжением 127 V воспользовались электродинамическим ваттметром со шкалой, имеющей 150 деле­ний при номинальных напряжениях 150 V и токе 5 А. Отклонение стрелки ваттметра составило 92 деления, За З min диск счетчика сделал 57 оборотов. Определить погрешность измерения энергии счет­чиком.

4. По показаниям однофазного счетчика активной энергии определить действительную постоянную, если его диск сделал 40 оборотов за 4 min. На счетчике написано «100 втЧ - 80 оборотов». Показания ваттметра равны 600 W. Определить относительную и а6солют­ную погрешности измерения энергии и записать результат в соответствии с правилами.

Б. 5. Для измерения реактивной энергии в трехфазной трехпро­водной цепи переменного тока применен трехэлементный счетчик ак­тивной энергии. Как следует включить его обмотки напряжения и с каким коэффициентом нужно учитывать его показания? Привести схе­му и векторную диаграмму.

6. Трехэлементный счетчик активной энергии включен через измери­тельные трансформаторы тока и напряжения с номинальными коэффициентами трансформации K_IH = 200/5 и K_UH = 10000/100 соответственно в четырехпроводную трехфазную систему. Линейные напряже­ния в сети одинаковы и равны 10500 V, токи в фазах - 100 А, 150 А, 180 А, их фазовые углы относительно фазных напряжений 300, 200 и 450 соответственно. Определить показания счетчика при измерении энергии в течение 2 часов. Привести схему.

7. В трехфазную трехпроводную электрическую цепь, напряжением 380 V, включены через два измерительных трансформатора тока, с номинальным коэффициентом трансформации 1000/5 двухэлементный счет­чик активной энергии и три ваттметра для измерения реактивной энер­гии. Токи в фазах равны 124 А, 132 А, 180 А, их фазовые углы отно­сительно фазных напряжений 47º, 28º, 51º соответственно. Определить показания счетчика через 4 часа после включения нагрузки, а также измеренную ваттметрами реактивную энергию. Привести схему включения приборов.

8. Симметричный трехфазный приемник электрической энергии соеди­нен в звезду, фазное напряжение равно 220 V, активное и индуктивное сопротивления фазы равны соответственно 20 Ω и 18 Ω. В цепь приемника включен одноэлементный счетчик активной энергии так, что токовая его катушка включена в фазу А, а катушка напряжения - на напряжение U_BC. Доказать с помощью векторной диаграммы, что счетчик измеряет реактивную энергию. Определить реактивную энергию, потpeбленную приемником за время 30 часов, а также показание счет­чика.