3. Порядок проведення експериментів

1. Підготувати осцилограф до роботи згідно алгоритму, поданого в п.2.1.

2. Під’єднати щупи осцилографа до клем генератора періодичних імпульсів напруги (ГПІ);

3. Встановити частоту в межах 1000 ÷ 2000 Гц та максимальну амплітуду вихідного сигналу ГПІ.

4. Забезпечити на екрані осцилографа нерухоме зображення кривої вимірюваної напруги (синусоїда, імпульси прямокутної та пилоподібної форм), накреслити їх на міліметровому папері й записати в таблицю виміряну амплітуду та період коливань. Вимірювання провести згідно алгоритму, поданого в пп.2.2.1-2.2.3.

Таблиця 1

№ досл.	Період Т	Амплітуда імпульсу Um	Частота коливань f
	мc	В	Гц
1. Сигнал прямокутної форми
2. Сигнал пилоподібної форми
3. Сигнал синусоїдної напруги

4. Контрольні запитання

1. Поясніть принцип дії електронного осцилографа.

2. У чому полягає підготовка осцилографа до роботи?

3. Як визначити амплітуду імпульсів за допомогою осцилографа?

4. Як визначити часовий інтервал між двома точками чи періоду сигналу?

5. Як забезпечити на екрані осцилографа нерухоме зображення кривої вимірюваної напруги?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №404

Вимірювання потужності в колах постійного та однофазного змінного струмів

Мета роботи: освоєння практичних схем для вимірювання потужності у колах постійного та однофазного змінного струму.

1. Основні теоретичні пояснення

Потужність та енергія є основними характеристиками більшості фізичних об`єктів, процесів та явищ. У сучасній практиці доводиться вимірювати потужності від часток вата (потужність сигналів радіолокаційних станцій) до десятків гігават (потужність сучасних електричних станцій) в широкому діапазоні частот – від нуля (постійний струм) до 10⁹ Гц і більше.

Потужність в електричному колі постійного струму можна подати як:

або (1)

де – струм в колі; – спад напруги на опорі та визначити непрямим методом за схемою амперметра й вольтметра. На рис.1 наведено дві можливі схеми вмикання приладів під час вимірювання потужності.

а) б)

Рис.1. Схема вимірювання потужності за допомогою амперметра й вольтметра

На схемі рис.1,а струм амперметра визначається:

, (2)

тоді добуток показів приладів:

, (3)

де P_х – потужність навантаження, Р_v – потужність, що споживається вольтметром.

Значення потужності, визначене за показами вольтметра й амперметра у цій схемі, перевищує на величину Р_v , тобто спостерігається додатна відносна методична похибка:

(4)

де – опір обмотки вольтметра.

На схемі рис.1,б вольтметр вимірює суму спадів напруг на амперметрі й навантаженні:

(5)

Тоді добуток показів приладів:

. (6)

Відповідно для схеми рис.1,б маємо:

(7)

де – опір обмотки амперметра.

За необхідності цю похибку можна звести до незначної, ввівши поправку на потужність, яку споживає відповідний прилад, і визначити Р за формулою:

• для схеми рис.1,а

• для схеми рис.1,б

Для вимірювань з вищою точністю можна використати цифрові прилади. При використанні останніх відпадає потреба враховувати потужність споживання приладів, оскільки вона незначна.

Пряме вимірювання потужності здійснюється ватметрами, схеми вмикання яких подано на рис.2.

Вимірювання потужності супроводжується, як правило, одночасним контролем значень напруги та струму. Результат вимірювань потужності визначається за показами ватметра:

(8)

де та n – ціна поділки ватметра і кількість поділок, на які відхилиться вказівник.

Рис.2. Схеми вмикання ватметра.

Ціна поділки ватметра визначається за формулою:

, (9)

де , – відповідно номінальні значення напруги і струму приладу, – кількість поділок шкали приладу.

В якості ватметрів найчастіше застосовуються електродинамічні вимірювальні механізми, в яких нерухома обмотка з невеликим числом витків вмикається в коло послідовно (струмова обмотка), а рухома – паралельно до тієї ділянки, в якій вимірюють споживану потужність (обмотка напруги). Щоб вказівник ватметра відхилявся у потрібному напрямі, необхідно дотримуватися правила вмикання приладу: електрична енергія має подаватися на генераторні затискачі приладу, які позначаються ‹‹ * ›› чи ‹‹ • ›› .

Не важко переконатись, що для схем (рис.2) ватметри, крім потужності досліджуваного об’єкта, показують потужність, яку споживають вимірювальні прилади. Зокрема, для схеми рис.2,б покази ватметра

(9)

а методична похибка

(10)

де та – потужності, що їх споживають вольтметр та обмотка напруги ватметра.

Похибку вимірювання потужності можна зменшити, якщо ввести поправку і визначити за формулою:

• для схеми рис.2а:

(11)

• для схеми рис.2б:

(12)

На практиці для врахування споживання приладів під час вимірювання потужності користуються схемою рис.2,а, оскільки опір вольтметра та опір кола напруги ватметра задаються для цих приладів з похибкою, яка не перевищує їх клас точності.

Для вимірювання потужності в колах постійного струму і змінного струму частотою 50….1000 Гц використовуються переважно електродинамічні та феродинамічні ватметри. Промисловістю випускаються ватметри для вимірювань потужності в колах постійного і змінного струмів класів точності 0,1….2,5.