Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Аналоговые и цифровые комбинированные приборы для измерения силы тока, напряжения и сопротивления - файл Метода Э.1Б.doc


Аналоговые и цифровые комбинированные приборы для измерения силы тока, напряжения и сопротивления
скачать (9373.1 kb.)

Доступные файлы (15):

Метода Э.1Б.doc1447kb.03.09.2008 13:27скачать
1.doc141kb.14.10.2011 19:42скачать
лабаЭ1_б(Заготовка).doc50kb.19.09.2010 20:31скачать
Лаба (Э1-Б)заготовка.doc274kb.23.09.2010 19:59скачать
МиС_Э1Б(0).doc117kb.13.09.2011 18:39скачать
МиС_Э1Б.doc154kb.20.09.2011 19:02скачать
!МиС_Э1Б.doc146kb.13.09.2011 18:38скачать
Э.1Б-1.doc138kb.13.09.2011 18:36скачать
Э1Б-1.doc109kb.11.10.2011 21:12скачать
Э.1б-2.doc91kb.13.09.2011 18:38скачать
Э.1Б.doc1447kb.07.09.2011 22:10скачать
Э1Б.doc172kb.14.10.2011 20:05скачать
Э.1б(заготовка).doc95kb.13.09.2011 18:36скачать
Э1б(заготовка).doc92kb.20.09.2011 19:02скачать
Э1Б на.doc139kb.27.09.2010 14:13скачать

содержание
Загрузка...

Метода Э.1Б.doc

  1   2   3
Реклама MarketGid:
Загрузка...
Министерство образования Республики Беларусь

Белорусский государственный университет информатики и

радиоэлектроники

Кафедра метрологии и стандартизации

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к лабораторной работе Э.1Б

АНАЛОГОВЫЕ И ЦИФРОВЫЕ КОМБИНИРОВАННЫЕ

ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛЫ ТОКА,

НАПРЯЖЕНИЯ И СОПРОТИВЛЕНИЯ

для студентов электро- и радиотехнических специальностей


Минск 2007

УДК 621.317
Методические указания к лабораторной работе Э.1Б «Аналоговые и цифровые комбинированные приборы для измерения силы тока, напряжения и сопротивления» для студентов электро- и радиотехнических специальностей/ Сост. А.В. Гусинский, A.M. Кострикин. – Мн.: БГУИР, 1997. – 45 с.

Методические указания содержат цель работы, краткие сведения из теории, описание лабораторных макетов и приборов, используемых при выполнении лабораторной работы, домашнее и лабораторное задания, рекомендации по их выполнению, а также указанна по оформлению отчета, контрольные вопросы для проверки знании и список рекомендуемой литературы. Рассмотрены принципы работы аналоговых и цифровых комбинированных приборов для измерения силы тока, напряжения и сопротивления, методические погрешности, возникающие при намерении этих параметров, методы поверки комбинированных приборов при измерении напряжения постоянного тока и сопротивления постоянному току алгоритмы обработки измерительной информации при многократных прямых измерениях напряжения постоянного тока и косвенных измерениях сопротивления постоянному току.

Ил. 17, табл.13, прил.5, список лит. – 9 назв.
ISBN  А.В. Гусинский,

A.M. Кострикин, 1996
^

1 ЦЕЛЬ РАБОТЫ


1.1 Изучение принципов действия аналоговых и цифровых комбинированных приборов, имеющих режимы измерения силы и напряжения постоянного тока, сопротивления постоянному току.

1.2 Изучение алгоритмов определения методических погрешностей, возникающих при измерении силы и напряжения постоянного тока, сопротивления постоянному току.

1.3 Изучение методов поверки комбинированных приборов на пределах измерения напряжения постоянного тока и сопротивления постоянному току.

1.4 Изучение алгоритмов обработки измерительной информации при многократных прямых измерениях напряжения постоянного тока и косвенных измерениях сопротивления постоянному току.

1.5 Приобретение практических навыков работы с магазином сопротивлений МСР-63, электроизмерительным комбинированным прибором Ц4353, цифровым комбинированным прибором М92А (Япония), вольтметром универсальным цифровым В7-34.

^

2 КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ


Измерение силы постоянного и переменного токов, постоянного и переменного напряжений, сопротивлений – наиболее распространенные виды измерений. Поэтому широкое применение получили комбинированные приборы, для которых характерны:

- удобство применений при ремонте и исследованиях одного прибора для намерения нескольких величин;

- незначительные затраты для обеспечения требуемой универсальности приборов.

К простейшим относятся приборы, основу которых составляет магнитоэлектрический измерительный механизм (МЭИМ). Принцип МЭИМ основан на взаимодействии магнитных полей постоянного магнита и катушки с током. Среди многообразия конструктивного исполнения [1, 2] наибольшее применение на практике получили МЭИМ с неподвижным магнитом и подвижной катушкой. По принципу действия МЭИМ является измерителем постоянного тока с уравнением шкалы

, (2.1)

где – угол отклонения стрелки МЭИМ;

– ток в катушке;

– чувствительность по току, имеющая достоянное значение для данного МЭИМ.

При градуировочной шкале МЭИМ его показание можно выразить через число делений n, на которое отклонилась стрелка при протекании по катушке тока I:

, (2.2)

где – цена деления шкалы МЭИМ по току;

– ток полного отклонения (номинальный ток);

/ – число делений шкалы.

К числу других параметров, характеризующих свойства МЭИМ, относится его внутреннее сопротивление RИM, определяемое в основном сопротивлением катушки постоянному току.

Более подробно с конструкцией и разновидностями МЭИМ можно ознакомиться по литературе [1 – 5].

МЭИМ самостоятельно применяются для измерения силы постоянного тока редко из-за небольших пределов измерения. Расширения пределов измерения по току в сторону больших значений добиваются включением параллельно МЭИМ специальных низкоомных резисторов – шунтов (рисунок 2.1).




Рисунок 2.1

В результате ток через механизм становится меньше тока в измерительной цепи в раз. Сопротивление шунта на заданный предел измерения рассчитывается по формуле

. (2.3)

Соответственно цена деления также увеличивается в раз :

, (2.4)

а внутреннее сопротивление амперметра , становится равным

. (2.5)

МЭИМ может выполнять функции вольтметра с пределом . Результат измерения при этом определяется по формуле:

, (2.6)

где – цена деления МЭИМ по напряжению.

Расширение пределов достигается последовательным включением добавочных резисторов (рисунок 2.2).

В результате падение напряжений на МЭИМ уменьшается, а предел измерения расширяется в раз. Сопротивление добавочного резистора на заданный предел рассчитывается по формуле

. (2.7)

Соответственно изменяются цена деления

(2.8)

и внутреннее сопротивление

. (2.9)




Рисунок 2.2

Зависимость тока от сопротивления участка электрической цепи позволяет использовать МЭИМ для измерения сопротивления постоянному току. Такой метод измерения называется методом непосредственной оценки. В приборах для измерения сопротивления постоянному току – омметрах, измеряемый резистор R может быть последовательно (рисунок 2.3) (последовательная схема) или параллельно (рисунок 2.4) с МЭИМ (параллельная схема). Обе схемы омметров содержат источник постоянного тока (ИП), переменный резистор калибровки и МЭИМ.

В последовательной схеме (рисунок 2.3) служит для установки нуля шкалы омметра при коротком замыкании зажимов R. Ток в цепи МЭИМ


При измерении малых сопротивлении более эффективна параллельная схема (рисунок 2.4), в которой резистор служит для установки со шкалы при разомкнутых зажимах R. Нулевому значению R соответствует нулевой ток через МЭИМ, и, таким образом, нуль шкалы находится на крайней левой отметке.

К недостаткам таких омметров можно отнести то, что шкалы их неравномерны, так как уравнения шкал для последовательной и параллельной схем будут соответственно

; . (2.10)

Как следует не формул (2.10), градуировка омметров зависит от напряжения , что требует обязательной калибровки перед измерением, осуществляемой с помощью .

Кроме метода непосредственной оценки, при измерении сопротивлений с помощью МЭИМ может быть использован метод амперметра-вольтметра, который является косвенным и сводится к измерению тока и напряжения в цепи с намеряемым резистором R и последующим расчетом значения сопротивления по закону Ома. При этом включение R в измерительную цепь возможно по двум схемам (рисунок 2.5,а и 2.5,б), а значение измеряемого сопротивления в обоих случаях равно

. (2.11)

где – показание вольтметра; – показание амперметра.




Рисунок 2.5

При измерениях силы и напряжения постоянного тока, сопротивления постоянному току возникают методические погрешности измерения

При измерении силы тока амперметр с сопротивлением включается последовательно с участком исследуемой цепи (рисунок 2.6).


Рисунок 2.6

При этом увеличивается сопротивление участка цепи, и измеряемый ток уменьшается со значения до значения . В результате возникает методическая погрешность измерения тока, которая может быть рассчитана по формуле

. (2.12)

Из формулы (2.12) следует, что тем меньше, чем сильнее неравенство . Так как эта погрешность систематическая с известным значением и знаком, то она может быть исключена из результата измерения введением поправки :

, (2.13)

где .

При измерении напряжения вольтметр с входным сопротивлением подключается параллельно исследуемому участку цепи с сопротивлением . Вся остальная электрическая цепь при этом может быть представлена в виде эквивалентной э.д.с. Е с внутренним сопротивлением (рисунок 2.7).


Рисунок 2.7

Очевидно, что сопротивление исследуемого участка уменьшится. Падение напряжения на нем также уменьшится со значения

до значения .

Таким образом, появится методическая погрешность измерения

. (2.14)

Погрешность тем меньше, чем сильнее выполняются неравенства или . Так как эта погрешность систематическая с известным значением и знаком, то она может быть исключена из результата измерения введением поправки:

, (2.15)
где .

При измерении сопротивлений методом амперметра – вольтметра по схемам рисунка 2.5,а и 2.5,б возникают методические погрешности, обусловленные конечными значениями внутренних сопротивлений приборов.

Сопротивление , измеренное по схеме рисунка 2.5,а будет меньше действительного значения, так как показание амперметра будет завышено значение тока ), а показание вольтметра будет равно напряжению на R. Тогда относительная методическая погрешность в %

(2.16)

Из (2.16) следует, что погрешность тем меньше, чем больше противление вольтметра по сравнению с измеряемым сопротивлением.

В случае применения схемы, приведенной на рисунке 2.5,б.

,

И тогда относительная методическая погрешность в % будет

, (2.17)

т.е. тем меньше, чем меньше сопротивление амперметра по сравнению с измеряемым сопротивлением

Таким образом, схемой, приведенной на рисунке 2.5,а следует пользоваться для измерения малых сопротивлений, а схемой, приведенной на рисунке 2.5,б – для измерения больших сопротивлений.

При измерении тока, напряжения и сопротивления все большее применение находят цифровые измерительные приборы. Распространение их обусловлено известными достоинствами: малой погрешностью измерений, высоким быстродействием и чувствительностью, отсутствием субъективной ошибки отсчета результата измерений.

Цифровые приборы, как правило, имеют следующую структуру: преобразователи измеряемых величин в напряжение постоянного тока – преобразователь напряжения постоянного тока в код.

Как правило, преобразователь напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока представляет собой усилитель и детектор, охваченные глубокой отрицательной обратной связью. Преобразование силы тока в напряжение осуществляется путем пропускания измеряемого тока через прецизионный резистор, падение напряжения на котором пропорционально силе тока. Преобразователь сопротивления в напряжение представляет собой источник тока, который протекает через измеряемое сопротивление и создает на нем падение напряжения, пропорциональное измеряемому сопротивлению.

В преобразователях напряжения постоянного тока в код реализуются различные методы аналого-цифрового преобразования: время-импульсный, частотно-импульсный и кодово-импульсный.

Более подробно цифровые приборы рассмотрены в [3, 6, 7]. Инструментальная погрешность (т.е. погрешность прибора) может быть абсолютной , относительной и приведенной :

, (2.18)

, (2.19)

, (2.20)

, (2.21)

где – действительное значение, величины (оно при поверке соответствует показанию образцового прибора); – нормируемое значение, правила выбора, которого регламентированы ГОСТ 8.401-80.

Допускается в формулах (2.19) и (2.21) вместо Q использовать показание прибора .

Согласно ГОСТ 8.401-80, если прибор имеет практически равномерную шкалу, значение следует выбирать равным пределу измерения при нахождении нулевой отметки на краю диапазона измерений или равным сумме модулей пределов измерений, если нулевая отметка находится внутри диапазона измерений. Если прибор имеет существенно неравномерную шкалу, значение принимают равным длине шкалы или ее части, соответствующей диапазону измерений.

Обобщенной характеристикой прибора является класс точности, определяемый пределами допускаемых погрешностей прибора. Если эти пределы выражаются значениями и по формулам

; , (2.22)

где и – отвлеченные положительные числа, выбираемые из ряда

К= [1.0; 1,5; 2,0; 2,5; 4.0; 5.0; 6,0]10n, n = 1, 0, -1. -2... (2.23)

То классы точности обозначаются числами, которые равны этим пределам (в процентах) и соответствуют ряду (2.23). Если же пределы допускаемых погрешностей выражаются значением по формуле

, (2.24)

где – больший (по модулю) из пределов измерений;

и – положительные числа, не зависящие от измерения величины X, то классы точности обозначают числами и , разделяя их косой чертой.

Более подробно погрешности приборов рассмотрены в [3].

Класс точности прибора проверяется путем поверки прибора, то есть сравнением показаний прибора с показаниями образцового прибора и определением погрешности, которая нормирована для поверяемого прибора.

Для повышения точности измерений используются многократные прямые или косвенные измерения величины. Алгоритмы обработки измерительной информации при таких измерениях приведены в [3, 8, 9].
^

3 ПРИБОРЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ РАБОТЫ


3.1 Магазин сопротивлений МСР-63.

3.2 Прибор электроизмерительный комбинированный Ц4353.

3.3 Цифровой комбинированный прибор М92А (Япония).

3.4 Вольтметр универсальный цифровой В7-34.

3.5 Лабораторный макет.
^

4 ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО МАКЕТА


Лабораторный макет (рисунок 4.1) содержит источник питания универсальный, переключатель «Нагрузка» для набора резисторов, используемых в качестве нагрузок в режимах измерения тока и напряжения, разъем «Коммутатор», применяемый совместно с набором контактных колодок для создания различных режимов измерения. Конструктивно встроен в лабораторный макет цифровой комбинированный прибор М92А, который так же, как и расположенные внешне по отношению к макету прибор электроизмерительный комбинированный Ц4353, вольтметр универсальный цифровой В7-34 и магазин сопротивлений МСР-63, служит для реализации различных режимов измерения (тока, напряжения, и сопротивления) благодаря коммутациям, реализуемым с помощью разъема «Коммутатор» и набора контактных колодок.

Использование 9 контактных колодок позволяет реализовать 9 режимов измерения. При включении колодки загорается светодиод, индицирующий соответствующий обозначению колодки режим измерения (рисунки 4.2–4.10). В лабораторном макете используется тумблер на два положения: «Подготовка к измерениям» и «Измерение». В положении тумблера «Подготовка к измерениям» приборы Ц4353, М92А, В7-34, МСР-63 отключены от измерительных схем, и данное состояние используется для подготовки к измерениям с помощью этих приборов. В положении тумблера «Измерение» производится отсчет на шкале или на табло приборов результатов измерений.

Значения сопротивлений нагрузок для различных положений переключателя Нагрузка при измерении тока и напряжения приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1

Положение

переключателя

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Rи при измерении тока, кОм

0,507

0,980

1,61

2,17

2,65

2,96

3,59

4,29

4,57

5,08

Rн при измерении напряжения, кОм

76,5

111,6

130,3

170

220

273

362

526

750

907




Рисунок 4.1



Значения сопротивлений приборов Ц4353 и М92А в режимах измерения тока и напряжения на различных пределах измерения приведены в таблице 4.2.

Таблица 4.2


Ц4353

Предел I,мА

0,12

0,6

3

12

60

,кОм

1,113

0,285

0,060

0,016

0,004

Предел U,В

1,5

3

12

30

,кОм

30

60

240

600


М92А

Предел I,мА

1,01

0,104

0,015

0,006

,кОм

0,2

2

20

200

Предел U,В

0,2

2

20

200

,кОм

10000 на всех пределах измерения

Выходное сопротивление источника питания универсального R0 составляет в режиме измерения сопротивления 110 кОм.

^

5 ПОДГОТОВКА К ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ


5.1 По рекомендуемой литературе изучить методы измерения силы и напряжении постоянного тока, сопротивления постоянному току с помощью аналоговых и цифровых комбинированных приборов.

5.2 По приложениям А, Б, В, Г, Д изучить приборы, применяемые при выполнении лабораторной работы, проведение измерений с их помощью, оценку полученных результатов.

5.3 Ответить на контрольные вопросы.

5.4 Сделать заготовку отчета (один на бригаду) по лабораторной работе в соответствии с требованиями настоящих методических указании.

5.5 Выполнить домашнее задание и включить его в заготовку отчета

5.5.1 На основе МЭИМ с внутренним сопротивлением RИM, ценой деления по току и шкалой с n делениями необходимо создать прибор для измерения тока с пределом и напряжения с пределом (таблица 5.1). Рассчитать сопротивление шунта, добавочного сопротивления прибора в режимах измерения тока и напряжения, определить цену деления по току и напряжению.

Таблица 5.1

Номер бригады

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

,

кОм

0,130

0,681

1,560

1,980

1,270

2,150

0,825

0,995

1,430

0,797

,

мкА/дел

5,0

2,0

2,5

1,0

0,5

1,0

5,0

2,0

4,0

2,0

п., дел

100

50

200

150

100

75

50

100

50

75

, мА

4,0

20.0

40,0

30,0

2,5

3,0

2,5

10,0

25,0

15,0

, В

2,0

5,0

10,0

7,5

2,0

3,0

5,0

2,0

5,0

15,0
  1   2   3



Скачать файл (9373.1 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации