Амперметр – это прибор для измерения силы тока. Особенности амперметра: Подключается в цепь только последовательно В цепях постоянного тока необходимо соблюдать полярность Для измерения величины постоянного тока применяются амперметр магнитоэлектрической системы, а переменного - электромагнитной системы. Для измерения малых токов используют микроамперметры и миллиамперметры Для расширения пределов измерений в цепях постоянного тока параллельно к амперметру подключают шунт. Шунт выбирают по коэффициенту шунтирования и величине сопротивления. Предположим, необходимо измерить ток 25А амперметром с максимальным значением на шкале 1А. Определим сопротивление шунта, если сопротивление амперметра 0,075Ом. сначала необходимо определить коэффициент шунтирования После этого находите сопротивление шунта Вольтметр – это прибор для измерения ЭДС источника и падения напряжения на участке цепи. Подключается параллельно нагрузке или источнику электрической энергии. Особенности вольтметра: Подключается в цепь только параллельно В цепях постоянного тока необходимо соблюдать полярность Для расширения пределов измерений в цепях постоянного тока последовательно с вольтметром подключают добавочное сопротивление Для расширения пределов измерений вольтметра в цепях переменного тока используют трансформаторы напряжения. Для измерения напряжения в цепях постоянного тока применяют магнитоэлектрические вольтметры, а в цепях переменного тока - электромагнитные и электродинамические. Мультиме́тр— комбинированный электроизмерительный прибор, объединяющий в себе несколько функций. В минимальном наборе это вольтметр, амперметр и омметр. Простые цифровые мультиметры имеют на лицевой панели ЖК индикатор, поворотный переключатель пределов измерения и три гнезда для подключения щупов. Питание мультиметра осуществляется от батарейки типа "Крона" напряжением 9В. Для замены батарейки необходимо снять заднюю крышку прибора, при этом также открывается доступ к печатной плате мультиметра, на которой расположен, в том числе, предохранитель номиналом 200 мА. Одно из гнезд для подключения щупов, а именно гнездо СОМ, задействовано всегда, при любом роде выполняемых измерений. Обычно к гнезду СОМ присоединяется щуп черного цвета. к гнезду VΩmA подключается щуп красного цвета при измерении постоянного и переменного напряжения, сопротивления и постоянного тока величиной до 200 мА. Для измерения постоянного тока величиной более 200 мА красный щуп из гнезда VΩmA необходимо вынуть и подключить его в гнездо 10А. На лицевой панели мультиметра кроме того расположен восьми контактный разъем (сокетт) подключения транзисторов для измерения коэффициента усиления по тока h31э (или hFE). Причем измерить коэффициент усиления по току удается только у биполярных низкочастотных транзисторов малой и средней мощности. Так как в процессе обслуживания и ремонта оборудования КИП нет необходимости измерять коэффициент усиления транзисторов, то данный режим работы мультиметра рассматриваться не будет. Скажу лишь только, что к контакту Е разъема подключается эмиттер транзистора, к контакту В - база, к контакту С - коллектор, но перед этим необходимо, например, по справочнику определить структуру транзистора: p-n-p или n-p-n и выбрать соответствующую сторону разъема. В режиме проверки целостности полупроводниковых диодов мультиметр генерирует небольшое испытательное напряжение и ток, которое и прикладывается к проверяемому диоду. Если диод исправен, то при подключении красного щупа (плюса) мультиметра к аноду, а черного щупа к катоду на дисплее высветиться значение падения напряжения на p-n переходе диода. Для кремниевых диодов это напряжение находиться в пределах 0,6...0,9 В. При обратной полярности подключения (красный щуп - катод, черный щуп - анод) на дисплее высветится единица, так как диод проводит ток только в одном направлении. При проверке диодов без выпаивания их из схемы ремонтируемого устройства имейте ввиду, что соединенные с диодом другие радиодетали могут исказить результат измерения. Поэтому желательно хотя бы один вывод диода отсоединять от схемы. Отключение мультиметра по окончанию проведения измерений осуществляется путем установки поворотного переключателя в положение OFF. При работе с мультиметром не прикасайтесь к оголенной части щупов, так как, во-первых, это может привести к поражению электрическим током (при измерении тока и напряжения) и, во-вторых, из-за относительно низкого электрического сопротивления тела человека может возрасти погрешность измерения, особенно при измерении больших сопротивлений. Недорогие мультиметры DT 830B и им подобные можно применять только для измерений, производимых при наладке оборудования и поиске неисправностей. Их нельзя использовать при калибровке и уж тем более при поверке датчиков и другого оборудования КИП, так как точность измерения данных мультиметров недостаточна для этих целей и, кроме того, они не внесены в государственный реестр средств измерения. При поверке и калибровке оборудования следует использовать более точные мультиметры, например, отечественные приборы серии В7 или импортные мультиметры APPA, Fluke и аналогичные. Всегда следите за степенью разряда батареи мультиметра, так как в случае сильного разряда батареи погрешность измерения прибора резко возрастает. При покупке мультиметра отдавайте предпочтение тем моделям, у которых есть индикатор разряда батареи. И меняйте батарею сразу же, как только загорится индикатор разряда батареи. Выбирая между несколькими моделями мультиметров, следует отдавать предпочтение тем моделям, которые имеют более широкие пределы измерения (или большее количество поддиапазонов измерения) напряжения, тока и сопротивления и минимальную погрешностьизмерения. Дополнительный функционал приборов, такой как измерение температуры, емкости, встроенный генератор импульсов зачастую остается не востребованным, и делать упор на наличие этих функций при покупке мультиметра не стоит. Если значение измеряемой величины вам не известно даже ориентировочно, то всегда начинайте измерения, установив максимально возможный предел измерения для данного рода измерений. Мультиметр, особенно недорогие модели, является не ремонтопригодным устройством (точнее дешевле купить новый прибор, чем ремонтировать вышедший из строя) поэтому при выполнении измерений будьте внимательны и следите за тем, в какие гнезда вставлены щупы и в каком положении находиться поворотный переключатель. studfiles.net Цель работы: Изучить принцип действия гальванометра, определить его технические характеристики, изучить принцип его работы в режиме измерителя силы тока – амперметра и измерителя напряжения – вольтметра. Приборы и принадлежности: лабораторная установка с гальванометром, вольтамперметрами (2 шт.), магазинами сопротивлений Р-33 (2 шт.), провода соединительные. Гальванометрами называют электроизмерительные приборы, предназначенные для измерения малых величин тока, напряжения или количества электричества. В лабораторной практике применяются гальванометры постоянного и переменного тока различных систем с разнообразными электрическими и механическими параметрами. Наиболее распространены гальванометры постоянного тока магнитоэлектрической измерительной системы (стрелочные, со световым указателем, зеркальные), обладающие рядом преимуществ, главное из которых – высокая чувствительность. В приборах этой системы перемещение подвижной части прибора и связанного с ней указателя происходит в результате взаимодействия магнитного поля постоянного магнита и магнитного поля постоянного магнита и проводника с током. Наиболее распространены магнитоэлектрические гальванометры с подвижной частью в виде рамки, состоящей из витков тонкой медной или алюминиевой проволоки и установленной в кольцевом зазоре постоянного магнита. Измерительная система такого типа схематически изображена на рис. 12.1. В воздушном зазоре между полюсами постоянного магнита 1 и неподвижного цилиндрического сердечника 2 создается радиальное магнитное поле. Подвижная рамка 3, укрепленная на растяжках 4, может поворачиваться вокруг сердечника 2 в поле магнита. К рамке 3 прикреплена указательная стрелка 5, которая сбалансирована противовесами 7. Электрический ток к обмотке рамки подводится по растяжкам 4. При протекании по обмотке рамки постоянного электрического тока на стороны, находящиеся в радиальном магнитном поле, действуют силы, направленные под прямым углом к вектору индукции в зазоре и образующие вращательный момент М = BSnI. Здесь В величина индукции в зазоре, S площадь рамки, n число витков, I сила тока в обмотке. Рис. 12.1 Под действием этого момента рамка и связанный с нею указатель поворачивается на угол , который определяется равенством момента сил, действующих на рамку со стороны магнитного поля и противодействующего момента упругих сил Мпр, возникающих в растяжках при их закручивании. В положении равновесия M = Mпр, BSnI = k, (12.1) где k – коэффициент упругости растяжек. Успокоение колебаний подвижной части происходит благодаря токам, индуцируемым в каркасе рамки и в ее обмотке, если последняя замкнута на какое-либо внешнее сопротивление. В положении равновесия угол отклонения стрелки прибора равен , (12.2) Таким образом, угловое отклонение указателя прибора пропорционально току, протекающему в его рамке. Коэффициент пропорциональности SI называется чувствительностью гальванометра по току , (12.3) а обратная величина SI называется постоянной по току CI. или . (12.4) Так как угол часто определяется числом делений шкалы прибора N, то СI, можно назвать ценой деления и измерять в А/дел. При токе I в рамке измерительного механизма на зажимах создается напряжение , (12.5) где RГ внутреннее сопротивление гальванометра. Следовательно, по углу поворота подвижной части можно определить напряжение на зажимах гальванометра, т. е. он может быть использован для измерения напряжений. Постоянная по напряжению СU, равна постоянной по току, умноженной на сопротивление рамки гальванометра: или (12.6) CU измеряется в В/дел. Гальванометры с малым внутренним сопротивлением, предназначенные для измерения тока, называются амперметрами. Амперметры должны обладать малым внутренним сопротивлением, чтобы при их включении общее сопротивление цепи почти не изменялось и не изменялся ток в цепи. Максимальное значение тока, который можно пропускать по обмотке рамки, как правило, невелико. Для расширения диапазона измерений прибора используют шунты – резисторы, включаемые параллельно. При шунтировании только часть подлежащего измерению тока ответвляется в прибор и непосредственно измеряется. Благодаря высокой чувствительности гальванометра ток его очень мал, и для ответвления малого тока требуется шунт малого по сравнению с RГ сопротивления. Таким образом, гальванометр с шунтом (амперметр) в целом будет обладать малым сопротивлением. Пусть необходимо измерить ток I0, в n раз больший, чем максимально допустимый ток измерительного прибора. Для расчета сопротивления шунта RШ применим законы Кирхгофа к контуру, изображенному на рис. 12.2: , . (12.7) Используя условие I0 = nI, находим . (12.8) Таким образом, зная внутреннее сопротивление гальванометра RГ, можно рассчитать необходимое сопротивление шунта. Длина шунта, изготовляемого из провода, рассчитывается по формуле , (12.9) где SП и площадь поперечного сечения и удельное сопротивление провода, соответственно. Рис.12.2Рис.12.3 Гальванометры, предназначенные для измерения разности потенциалов, называются вольтметрами. Сопротивление вольтметра должно быть много больше сопротивления участка цепи, на котором измеряется падение напряжения, чтобы включение вольтметра не вызывало его изменения. Если внутреннее сопротивление гальванометра недостаточно, то последовательно с прибором включается добавочный резистор RД (рис. 12.3). Включение добавочного резистора RД производится в тех случаях, когда необходимо расширить пределы измерения прибора. Величина RД рассчитывается из условия, что ток в цепи прибора не должен превышать максимально допустимого значения Imax. Применяя закон Ома для участка цепи, находим , (12.10) или . (12.11) Необходимо найти величину добавочного резистора, если мы хотим в n раз увеличить пределы измерения прибора, т.е. , (12.12) Где U – максимальное напряжение, измеряемое прибором без дополнительного резистора. Тогда из (12.11) и (12.12) следует, что . Таким образом, , (12.13) т.е. для расширения предела измерения по напряжению в n раз сопротивление добавочного резистора должно быть в (n1) раз больше сопротивления гальванометра. Итак, для расчета сопротивления шунтов RШ и сопротивления добавочных резисторов RД нужно знать внутреннее сопротивление гальванометра. Обычными способами измерить его трудно в силу того, что через гальванометр можно пропускать только очень малый ток. Поэтому приходится прибегать к иному способу. Внутреннее сопротивление гальванометра, его чувствительность по току и по напряжению могут быть, в частности, определены с помощью схемы, представленной на рис. 12.4. Рис.12.4 Здесь G – исследуемый гальванометр. Напряжение с потенциометра R подается на делитель напряжения, образованный резисторами R2 и R3. Ток на участке АД, согласно закону Ома, равен , (12.14) где U – напряжение, снимаемое с потенциометра R и измеряемое вольтметром, а RАД = RАВ + R3. (12.15) Подставляя выражение (12.15) в формулу (12.14), получим . (12.16) Падение напряжения на участке АВ равно . (12.17) По первому закону Кирхгофа . (12.18) Решая совместно уравнения (12.16), (12.17) и (12.18) относительно I (ток в цепи гальванометра), получим , (12.19) где N – число делений, на которое отклоняется стрелка гальванометра при токе I. При R1 = 0 с помощью переменных резисторов R2 и R3 можно установить стрелку гальванометра на крайнее правое оцифрованное деление. Пусть этому положению соответствует число делений шкалы N1 и ток через гальванометр I1: . (12.20) Легко найти , Из формулы (12.19) UR2 = CIN(RAB +R3)(R1 + R2 + RГ). (12.21) а из выражения (12.20) UR2 = CIN1(R1АВ + R3)(R2 + RГ). (12.22) Приравнивая правые части (12.21) и (12.22) друг другу и подставляя RAB и R1АВ, получим (12.23) Цена деления по току определяется из уравнения (12.20): (12.24) Цена деления по напряжению (12.25) studfiles.net 16 Подключить к мультиметру по очереди резисторы с сопротивлениями R2, R3, R4 и записать полученные показания прибора RИ2, RИ3, RИ4. Рассчитать относительные погрешности δR1, δR2, δR3 и δR4 измерения сопротивлений резисторов (см. пример расчета). Перевести полученные относительные погрешности в абсолютные - по грешности R1, R2, R3 и R4. Записать результаты измерений в виде RX=RИ±ΔR. 4.3.1.Описание метода амперметра и вольтметра. Расчет погрешности Измерения сопротивлений с помощью метода амперметра и вольтметра являются косвенными измерениями непосредственной оценки. Косвенное измерение – это определение искомого значения физической величины на основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величиной. Вотличие от прямых измерений, где результат получают сразу по измерительному прибору, предназначенному для искомой величины, в косвенных измерениях результат получают путем расчета, используя результаты прямых измерений связанных величин и констант. При выполнении расчета возможны допущения и упрощения, приводящие к методической погрешности измерения в целом. Вкачестве принципа измерения в методе амперметра и вольтметраис пользуется закон Ома. Для получения значения сопротивления необходимо одновременно измерить напряжение на исследуемом элементе и ток через него. С этой целью собирается электрическая цепь, содержащая источник питания постоянного (или переменного) тока, амперметр, вольтметр и исследуемый элемент. Параметры источника питания в большинстве случаев подбираются в соответствии с номинальным или рабочим режимом исследуемого элемента, что особенно актуально для элементов с нелинейной вольтамперной характеристикой, когда сопротивление элемента не постоянно и сильно зависит от тока и напряжения в реализуемом режиме работы (полупроводниковые элементы, лампа накаливания и др.). Пределы измерения выбираемых приборов должны соответствовать -напряжению и току в цепи(ближайшие большие значения из стандартного ряда 17 пределов относительно измеряемого тока и напряжения), что позволяет минимизировать инструментальную погрешность измерения. Для примера рассмотрим в качестве объекта измерений полупроводниковый диод. Так как вольтамперная характеристика(ВАХ) диода (рис. 11) нелинейна, его сопротивление для любых двух несовпадающих режимов работы (разное напряжение и ток) будет также различным. I, A Обратное смещение Прямое смещение К IПР А А А В К UОБР D UПР U, B RА<RВ<RС Рис. 11. Вольтамперная характеристика диода Особенно сильно отличаются сопротивления при прямом смещении дио- да (потенциал анода больше потенциала катода) и обратном смещении (обратная полярность напряжения). Различия в значениях сопротивления диода визуально можно оценить по ВАХ. Если провести прямую через рабочую точку элемента на ВАХ и начало координат, угол наклона будет иметь однозначную связь с сопротивлением. Прямые, проведенные через разные рабочие точки (рис. 11), проходят под разными углами к оси напряжения ВАХ. В большинстве случаев при нахождении сопротивления по показаниям приборов для упрощения расчетов делаются допущения, что внутреннее сопротивление вольтметра равно бесконечности(RV=¥), а амперметра – нулю (RA=0), и их включение не влияет на результат измерения. Фактически же, в зависимости от чувствительности и предела измерения приборов, сопротивление милливольтметров и вольтметров может находиться в диапазоне примерно 102…108 Ом, а амперметров, миллиамперметров и микроамперметров – в диапазоне10-4…105Ом. В этом случае оправданность допущений необходимо проверять, сопоставляя сопротивления выбранных приборов с предварительно оцененным значением измеряемого сопротивления. Если сопротивления при- 18 боров оказываются соизмеримы с сопротивлением объекта измерения, может возникать существенная методическая составляющая погрешности измерения. Влияние сопротивления приборов на процесс измерения может быть определено при анализе схем включения измерительных приборов в цепь. Так как показания с приборов необходимо снимать одновременно, возможны две схемы включения (рис. 12). Рис. 12. Схемы цепей для измерения сопротивлений методом амперметра и вольтметра Измеренное значение сопротивления чаще всего определяется по показаниям приборов UV и IA независимо от схемы их включения: ИЗМ UV RX = I A . (4) Действительное значение сопротивления, не содержащее методической погрешности, может быть определено через напряжение и ток непосредственно на исследуемом элементе UX и IX: Д U Х RX = I Х . (5) Неучтенное при измерении влияние потребления измерительными приборами энергии из цепи приводит к расхождению измеренного и действительного значений и возникновению методической погрешности: RИЗМ- R Д dМ= X X ×100% RXД . (6) В схеме рис. 12а напряжения на вольтметре и на измеряемом сопротивлении совпадают (UV = UX), но ток через амперметр IА отличается от тока IХ че- 19 рез измеряемое сопротивление на значение тока через вольтметр(IA ¹ IX; IA = IX + IV; IX = IA - IV). Действительное значение сопротивления в этом случае выражается через показания приборов следующим образом RXД= UV I А- IV. (7) Ток через вольтметр зависит от его напряжения и сопротивленияRV (определяется по справочным данным непосредственно или расчетом с использованием предела измерения вольтметра и тока полного отклонения): Примечание: сопротивление вольтметра RV определяется по справочным данным непосредственно или расчетом по закону Ома с использованием предела измерения вольтметра UН и тока полного отклонения измерительного механизма I0 (приводятся в справочнике). При измерении сопротивления RX по схеме (рис. 12а) параллельно ему оказывается включенным вольтметр. Вследствие этого фактически измеряется эквивалентное сопротивление участка цепи, содержащего измеряемое сопротивление и вольтметр, и измеренное значение будет всегда меньше действительного. Методическая погрешность всегда отрицательна. Влияние вольтметра на результат будет минимальным при выполнении условияRV>>RX. При этом ток вольтметра будет существенно меньше, чем ток через исследуемый элемент, и им можно пренебречь. Параметры амперметра на результат и методическую погрешность в этом случае не влияют. В схеме рис. 12б амперметр и измеряемое сопротивление находятся в одной ветви (IA = IX), но напряжение на вольтметре не совпадает с напряжением на исследуемом элементе (UV ¹ UX). Разница в напряжениях равна напряжению на амперметре (UV = UX + UA ; UX = UV- UA ). Действительное значение сопротивления, не содержащее методической погрешности: Д UV -UA RX = I А . (9) Напряжение на амперметре находится с использованием тока через -амперметр (показание амперметра) и сопротивления RА: 20 Сопротивление амперметра RА приводится в справочниках непосредственно или вычисляется по отношению напряжения на амперметреU0 при номинальном токе (справочные данные), к собственно номинальному току IН. При измерении сопротивления по рассматриваемой схеме включения фактически измеряется суммарное сопротивление исследуемого элемента и амперметра, в результате чего измеренное значение всегда будет больше действительного, а методическая погрешность всегда положительна. Влияние амперметра на результат будет минимальным при выполнении условияRA<<RX, так как соотношение сопротивлений при последовательном соединении определяет распределение напряжений, и напряжение на амперметре будет гораздо меньше, чем на исследуемом элементе. В рассмотренной цепи на результат и методическую погрешность не влияет сопротивление вольтметра. Поэтому можно сделать вывод, что схема рис 12а используется для измерения малых сопротивлений – когда RX << RV., а схема рис 12б используется для измерения больших сопротивлений – когда RX >> RA. При практическом применении метода амперметра-вольтметрацелесообразно перед выбором схемы включения приборов: а) предварительно оценить значение сопротивления исследуемого элемента; б) осуществить выбор приборов, исходя из требуемых пределов измерения тока и напряжения; в) определить сопротивления приборов и рассчитать соотношения RV/RX и RX/RA. Если соотношение RV/RX будет больше, чем второе RX/RA, то меньшую методическую погрешность будет давать схема рис. 12а, в противном случае схема рис. 12б. Если выбрана схема включения, в которой в указанных соотношениях сопротивления будут отличаться в 100 и более раз, то в большинстве измерительных задач можно пренебречь методической погрешностью, и результат получать по приближенной формуле (4). Предложенный подход позволяет минимизировать методическуюпо грешность при расчете по приближенной формуле. Если при расчете сопротивления производить учет сопротивления приборов, не делая допущений (расчет по точным формулам (7) и (9)), то методическая погрешность при включении приборов по любой из рассмотренных схем будет исключена. Расчеты по точным формулам с учетом сопротивлений приборов дают результат без методической погрешности независимо от выбранной схемы включения. Инструментальная погрешность косвенных измерений в данном случае определяется погрешностями примененных средств измерений– амперметра и вольтметра. 21 При косвенных измерениях результат является функцией от результатов прямых измерений величин X1 , X 2 , … , X m , т.е.Y = f ( X1 ,X 2 , …,X m ). Для двух наиболее часто встречающихся функций Y1=X1.X2 и Y1=X1/X2 относительная погрешность обычно вычисляется по формуле æ DC ö2 æ DC ö2 1 2 2 2 dY = ± ç ÷ ç ÷ ç C1 ÷ + ç C2 ÷ = ±dх1 +dх2 , è ø è ø (11) где DX1 иDX2 – абсолютные, аdx1 иdx2 – относительные погрешности прямых измерений величин X1 и X2. Применительно к методу амперметра-вольтметравыражение(11) примет вид: æ IН ö2 æ UН ö2 2 2 = ± ç ÷ ç ÷ , dR = ±d A +dV ç K А × ÷ + ç KV × ÷ è IИЗМø è U ИЗМø (12) где dА иdV – относительные погрешности прямых измерений тока амперметром и напряжения вольтметром, определяемые исходя из класса точности амперметра KA или вольтметра KV, предела измерения амперметра IН и вольтметра UН и показаний амперметра IИЗМ и вольтметра UИЗМ. Абсолютная погрешность DR может быть вычислена как: ±DR=dR.RИЗМ/100 (Ом). Достоинства метода амперметра-вольтметра: Метод позволяет при выполнении измерения моделировать рабочий -режим элемента в реальной электрической цепи, что особенно важно при измерении сопротивлений нелинейных элементов. При возможности выбора параметров источника питания и пределов измерения приборов в широком диапазоне, метод позволяет измерять как малые сопротивления (порядка 10-6Ом) так и большие (до 109 Ом). Измерение может быть выполнено без применения прибора для измерения сопротивления (омметра). При использовании источника переменного тока и приборов на переменный ток метод позволяет определить полное сопротивление элемента Z. Может использоваться для измерения мощности участка цепи. В цепи с источником постоянного тока активная мощность P=U.I (Вт), с источником переменного тока – полная мощность S=U.I (ВА). Недостатки метода амперметра-вольтметра: Требует дополнительного источника питания с регулируемыми парамет- рами. studfiles.net Метод амперметра – вольтметра основан на использовании известного из курса электротехники соотношения R=U/I, являющегося математическим выражением закона Ома. В формуле R – сопротивление участка электрической цепи, на котором при протекании тока I происходит падение напряжения U. Чтобы определить сопротивление заземлителя, надо пропустить через него определенный ток и измерить падение напряжения на участке растекания. После этого произвести простое вычисление по формуле. Данный способ измерения сопротивления заземления имеет следующие недостатки: а) Необходимо пользоваться одновременно двумя измерительными приборами, а потом производить расчет. б) Для того чтобы получить достаточно точные результаты измерений, нужен источник довольно значительного по величине тока (десятки ампер) с хорошей стабилизацией, чтобы обеспечить возможность снятия показаний двух приборов: амперметра и вольтметра. в) Большой ток может явиться источником дополнительной погрешности, так как при большой плотности переменного тока происходит возрастание полного сопротивления стальных проводников по сравнению с сопротивлением этих же проводников постоянному току. г) Вольтметр должен иметь достаточно большое внутреннее сопротивление. д) Блуждающие переменные и постоянные токи в земле могут внести дополнительную и иногда существенную погрешность при измерениях. Две возможные схемы измерения мощности при помощи амперметра и вольтметра приведены на рис. 1.а и б. Рис.1Для схемы, изображенной на рис. 1,а. расчетное значение мощности отличается от мощности, потребляемой нагрузкой, на величину мощности Рv = UаIv , потребляемой вольтметром.Для схемы, изображенной на pиc. 1,б, расчетное значение мощности, потребляемой нагрузкой, отличается от мощности потребляемой нагрузкой, на величину мощности РА=UаIн, потребляемой амперметром.При измерении мощности в цепях переменного тока формулы можно использовать только при резистивной нагрузке, т.е. при cos=1. При реактивной нагрузке в результате расчета получают полную мощность. Для исключения погрешностей, вызванных: подключением измерительных приборов, в результаты расчетов вводят поправки: для схемы рис. 1,а или для схемы рис. 1.б, где Rv - сопротивление вольтметра, а Rа - сопротивление амперметра. studfiles.net Цель работы: изучение свойств электротехнической стали и ознакомление с методом амперметра, вольтметра, ваттметра, как одним из способов исследованиямагнитомягких материалов при динамическом перемагничевании Данный метод магнитных измерений в переменных магнитных полях является одним из наиболее простых и распространенных. Он позволяет определять мощность удельных потерь и основную кривую намагничивания, т.е. зависимость амплитудного значения индукции от амплитудного значения магнитного поля Bm(Hm). Принципиальная блок-схема измерительной установки показана на рис.3. Как следует из названия метода, в нее входят вольтметры эффективных (V) и средних значений (Vср.в), амперметр (А), ваттметр (W), а кроме того испытуемый образец (О) замкнутой формы с двумя навитыми на него обмотками. Вольтметр (U) играет вспомогательную роль. Иногда в цепь включается частотомер. Рис. 3. Электрическая схема, реализующая метод амперметра, вольтметра, ваттметра: А – амперметр;V – вольтметр эффективных значений; Vср.в – вольтметр средневыпрямленных значений; W – ваттметр;N1 , N2 – намагничивающая и измерительная обмотки. Определение мощности потерь сводится к следующему. Из электротехники известно, что мощность, выделяемая на элементе цепи, в частности, в намагничивающей (или первичной) обмотке с числом витков N1, определятся выражением (13) где ε1 – эффективное значение э.д.с. в первичной обмотке, Io – эффективное значение тока в первичной обмотке при условии, что измерительная обмотка с числом витков – N2 разомкнута, ϕo – сдвиг фаз между э.д.с. и током. Без образца обмотка имеет только индуктивное сопротивление, поэтому ϕo = 90, P = 0. Наличие образца, в котором происходит потеря энергии, эквивалентно дополнительному активному сопротивлению в цепи. В результате изменяется ϕo и P ≠ 0. Ваттметр в схеме на рис. 3. включён так, что измеряет мощность (14) где U2 – эффективное значение напряжения во вторичной обмотке, I1 – эффективное значение тока в первичной обмотке при замкнутой вторичной обмотке, ϕ1 – разность фаз между указанными напряжением и током. Заметим, что I1 ≠ Io. Теперь выделим величины, измеряемые на опыте. В соответствии с уравнением трансформатора, каковым фактически является образец с обмотками, токи I1, Io и ток I2 во вторичной обмотке связаны следующим образом: (15) Кроме того, имеется взаимосвязь между значениями э.д.с. в первичной ε1 и вторичной ε2 обмотках: (16) В итоге (17) Заменим ε2 на соответствующее значение напряжения. По правилу Кирхгофа (18) где r – общее сопротивление цепи вторичной обмотки, r2 – сопротивление самой вторичной обмотки. Подставив (18) в (17), получим окончательную расчетную формулу Поясняя выражение (19), можно сказать следующее. Мощность потерь энергии в образце равна показанию ваттметра умноженному на отношение витков в обмотках, за вычетом мощности потерь в цепи измерительной обмотки. Вторая скобка в (19) появляется в связи с заменой э.д.с. напряжением на соответствующих элементах. Эта поправка невелика, и в большинстве случаев ей можно пренебречь. Как было отмечено выше, данная методика позволяет определить ос-новную кривую намагничивания. Амплитуда магнитного поля вычисляется по формуле где l – длина первичной обмотки, Im – амплитуда тока в ней. Амплитуда индукции рассчитывается по следующей формуле Здесь (Uср.в) – средневыпрямленное значение напряжения в измерительной обмотке, S – площадь сечения образца при плотной навивке обмотки на образец. Используя показания вольтметров эффективных и средних значений, можно определить коэффициент формы напряжения U2(t) во вторичной обмотке Фактически именно этот коэффициент входит в формулу (10), описывающую «классические» потери на вихревые токи. km.ins.urfu.ru Количество просмотров публикации Метод амперметра – вольтметра - 2443 ЛЕКЦИЯ 13. Измерение параметров элементов электрических цепей Электрические цепи представляют из себясовокупность соединенных друг с другом элементов – источников электрической энергии и нагрузок в виде резисторов, катушек индуктивности, конденсаторов. При определенных допущениях эти нагрузки можно рассматривать как линейные пассивные двухполюсники с сосредоточенными постоянными, характеризуемые некими идеальными параметрами – сопротивлением R, индуктивностью L, емкостью С. При измерении, однако, не всегда удается определить значение того или иного параметра, соответствующее идеальному, совершенному виду элемента. Несовершенство конструкции и характеристик применяемых материалов является причиной появления так называемых остаточных (паразитных) параметров элементов. Так, наряду с главным параметром катушки индуктивности – индуктивностью, она обладает собственной емкостью и активным сопротивлением; резистор, обладая активным сопротивлением, имеет также определенную индуктивность т.п. С учетом остаточных параметров конденсатор, катушку индуктивности или резистор можно характеризовать некоторым эффективным значением емкости, индуктивности, сопротивления, которые зависят от частоты. По этой причине эффективные параметры компонентов крайне важно измерять на рабочих частотах, в случае если их влиянием на результат измерения нельзя пренебречь. Учитывая зависимость отобъекта измерений, требуемой точности результата͵ диапазона рабочих частот и других условий для измерения параметров двухполюсников применяют различные методы и средства измерений. Наиболее распространенными являются следующие методы измерения: амперметра – вольтметра, непосредственной оценки, мостовой, резонансный и дискретного счета. Метод амперметра – вольтметра Измерение методом амперметра – вольтметра сводится к измерению тока и напряжения в цепи с измеряемым двухполюсником и последующему расчету его параметров по закону Ома. Метод должна быть использован для измерения активного и полного сопротивления, индуктивности и емкости. Измерение активных сопротивлений производится на постоянном токе, при этом включение резистора RХ в измерительную цепь возможно по схемам, представленным на рис. 13.1, а и б. Достоинство метода состоит в простоте его реализации, недостаток - в сравнительно невысокой точности результата измерения, которая ограничена классом точности применяемых измерительных приборов и методической погрешностью. Последняя обусловлена влиянием мощности, потребляемой измерительными приборами в процессе измерения, другими словами - конечным значением собственных сопротивлений амперметра RA и вольтметра RV. Выразим методическую погрешность через параметры схемы. В схеме рис. 13.1,а вольтметр показывает значение напряжения на зажимах RХ, а амперметр — сумму токов IV+I. Следовательно, результат измерения R, вычисленный по показаниям приборов, будет отличаться от RХ : Относительная погрешность измерения в процентах Здесь приближенное равенство справедливо, так как при правильной организации эксперимента предполагается выполнение условия RV >>RХ. В схеме рис.13.1,б амперметр показывает значение тока в цепи с RХ, а вольтметр - сумму падений напряжений на RХ U и амперметре UA. Учитывая это, можно по показаниям приборов вычислить результат измерения: Относительная погрешность измерения в процентах в данном случае равна: Сравнивая полученные выражения относительных погрешностей, приходим к выводу: в схеме рис. 13.1,а на методическую погрешность результата измерения оказывает влияние только сопротивление RV; для снижения этой погрешности крайне важно обеспечить условие ; в схеме рис. 13.1,б на методическую погрешность результата измерения оказывает влияние только RA ; снижение этой погрешности достигается выполнением условия Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, при практическом использовании данного метода можно рекомендовать правило: измерение малых сопротивлений следует производить по схеме рис. 13.1,а; при измерении больших сопротивлений предпочтение следует отдавать схеме рис. 13.1, б. Измерение полного сопротивления ZX выполняется на переменном токе частотой f (рис. 13.2). По показаниям вольтметра и амперметра определяют модуль полного сопротивления , где - показания вольтметра и амперметра. Выполнив аналогично предыдущему анализ методической погрешности, придем к выводу, что схему, представленную на рис. 13.2, а, целесообразно применять при , а на рис. 13.2, б – при . Измерение емкости и индуктивности методом амперметра – вольтметра должна быть выполнено по схемам, аналогичным рис. 13.2, только с заменой ZX , соответственно, на С или L. Емкостное сопротивление конденсатора , откуда . При измерении емкости этим методом крайне важно знать частоту источника питания. Для измерения больших емкостей рекомендуется схема а), а для малых емкостей – схема б). Измерение индуктивности катушки методом амперметра – вольтметра возможно, в случае если ее сопротивление RL значительно меньше реактивного сопротивления XL. При этом , откуда . В случае если требуется получить более точный результат, то крайне важно учесть сопротивление катушки. Так как , то . Погрешности измерения параметров элементов цепей методом амперметра – вольтметра на низких частотах составляют 0.5 … 10%. Погрешности измерения возрастают с увеличением частоты. Мостовой метод. Важным классом средств измерения, предназначенных для измерения параметров элементов электрических цепей методом сравнения, являются мосты. Сравнение измеряемой величины (сопротивления, емкости. Индуктивности) с образцовой мерой при помощи моста в процессе измерения может осуществляться вручную или автоматически, на постоянном или на переменном токе. Мостовые схемы обладают большой точностью, высокой чувствительностью, широким диапазоном измеряемых значений параметров. На базе мостовых методов измерения строятся средства измерения, предназначенные как для измерения какой-либо одной величины, так и универсальные аналоговые и цифровые приборы. Одинарный мост постоянного тока. Простейшая схема одинарного моста представлена на рис.13.3. Четыре резистора R1,R2,R3,R4(их называют плечами моста) соединены в кольцевой замкнутый контур. Размещено на реф.рфТочки соединения сопротивлений называют вершинами моста. Цепи, соединяющие противоположные вершины, называют диагоналями. Диагональ ab содержит источник питания и принято называть диагональю питания. Диагональ cd, в которую включен индикатор Г, принято называть измерительной диагональю. В мостах постоянного тока в качестве индикатора обычно используется гальванометр. В общем случае зависимость протекающего через гальванометр тока Iг от сопротивления плеч, сопротивления гальванометра Rг и напряжения питания U имеет вид . (13.1) Измерение сопротивления может производиться в одном из двух режимов работы моста: уравновешенном либо неуравновешенном. Мост принято называть уравновешенным, в случае если разность потенциалов между вершинами c и d равна нулю, а, следовательно, и ток через гальванометр равен нулю. Из (13.1) следует, что Iг = 0 при . (13.2) Это условие равновесия одинарного моста постоянного тока можно сформулировать следующим образом: для того, чтобы мост был уравновешен, произведения сопротивлений противолежащих плеч моста должны быть равны. В случае если сопротивление одного из плеч моста (к примеру, R1) неизвестно, то уравновесив мост путем подбора сопротивлений плеч , находим из условия равновесия . В реальных мостах постоянного тока для уравновешивания моста регулируются отношение и сопротивление плеча , которые, соответственно, называют плечами отношения и плечом сравнения. В состоянии равновесия моста ток через гальванометр равен нулю и, следовательно, колебания напряжения питания и сопротивления гальванометра влияния на результат измерения не оказывают (важно лишь, чтобы чувствительность гальванометра была достаточной для надежной фиксации состояния равновесия). По этой причине основная погрешность уравновешенного моста определяется чувствительностью гальванометра, чувствительностью схемы, погрешностью сопротивлений плеч, а также сопротивлениями монтажных проводов и контактов. При измерении малых сопротивлений существенным источником погрешности может явиться сопротивление проводов, с помощью которых измеряемый резистор подключается к входным зажимам моста͵ так как оно полностью входит в результат измерения. По этой причине нижний предел измерения одинарного моста ограничен значениями сопротивления порядка 1 Ом. Верхний же предел измерения 106 … 108Ом ограничивается чувствительностью гальванометра. При больших значениях измеряемого сопротивления токи в плечах моста очень малы и чувствительности гальванометра недостаточно для четкой фиксации равновесия. Для измерения малых сопротивлений (от 1 до 10-8Ом) применяют двойные мосты. Двойной мост постоянного тока. Схема двойного моста представлена на рис. 13.4 . Для исключения влияния сопротивлений соединительных проводов и переходных сопротивлений контактов измеряемое сопротивление присоединяется по четырехзажимной схеме включения: двумя токовыми зажимами в цепь источника питания моста͵ а двумя потенциальными – в измерительную цепь. Аналогичные зажимы имеет образцовое сопротивление . В цепь источника питания моста входит регулировочное сопротивление , измеряемое сопротивление , образцовое сопротивление (одного порядка по величине с ) и малого сопротивления . Сопротивления плеч R1,R2,R3 и R4, входящие в измерительную цепь, выбирают достаточно большими (сотни и тысячи Ом), в связи с этим влияние сопротивлений монтажных проводов и переходных сопротивлений в контактах пренебрежимо мало. При равновесии моста формула для определения сопротивления имеет вид . (13.3) При соблюдении равенства (13.4) и достаточно малом сопротивлении вторым членом формулы (13.3) можно пренебречь. Тогда формула (13.3) упрощается до следующей . Равенство (13.4) должно соблюдаться постоянно, в связи с этим резисторы R1,R2 и R3,R4 регулируются при помощи спаренных органов управления. Резистор представляет собой короткий отрезок медной шины большого сечения. Промышленностью выпускаются одинарные и одинарно-двойные мосты постоянного тока классов точности от 0.005 до 5. Измерительные мосты переменного тока. Для измерения емкости, индуктивности, взаимной индуктивности и тангенса угла потерь конденсаторов применяются мосты переменного тока, схемы которых отличаются большим разнообразием. Кроме простых четырехплечих мостовых схем существуют и более сложные мостовые схемы. Эти схемы путем последовательных эквивалентных преобразований бывают приведены к простой четырехплечей схеме, которая является, таким образом, основной. Схема одинарного четырехплечего моста переменного тока приведена на рис. 13.5. Так как мост питается напряжением переменного тока, то в качестве индикатора в нем применяются электронные милливольтметры переменного тока, либо осциллографические индикаторы нуля. В общем случае сопротивления плеч моста переменного тока представляют из себякомплексные сопротивления вида . Аналогично соотношению (13.2) условие равновесия одинарного моста переменного тока имеет вид: . Записав это выражение в показательной форме, получим , (13.5) где - модуль комплексного сопротивления; - фазовый сдвиг между током и напряжением в соответствующем плече. Соотношение (13.5) распадается на два скалярных условия равновесия: (13.6) Отсюда следует, что в схеме моста переменного тока равновесие наступает только при равенстве произведений модулей комплексных сопротивлений противолежащих плеч и равенстве сумм их фазовых сдвигов. При этом нужно иметь в виду, что при изменении значений активных и реактивных составляющих одновременно изменяются и модуль, и фаза, в связи с этим мост переменного тока можно привести к состоянию равновесия лишь большим или меньшим числом переходов от регулирования одного параметра к регулированию другого. Второе уравнение (13.6) показывает, какими по характеру должны быть сопротивления плеч мостовой схемы, чтобы обеспечить возможность ее уравновешивания. Так, к примеру, в случае если в двух смежных плечах включены активные сопротивления (φ = 0), то в двух других смежных плечах обязательно должны быть сопротивления одного характера – или индуктивности, или емкости. Для измерения емкости конденсаторов без потерь используется мостовая схема, приведенная на рис. 13.6, а. Условие равновесия для этой схемы имеет вид , где - образцовый конденсатор переменной емкости, откуда . Мостовая схема для измерения индуктивности приведена на рис. 13.6, б. В качестве плеча сравнения здесь также используется конденсатор переменной емкости . Полагая, что активное сопротивление катушки пренебрежимо мало ( ), получим условие равновесия , откуда . Погрешность моста переменного тока определяется погрешностями элементов, образующих мост, переходных сопротивлений контактов, чувствительностью схемы и индикатора. Мосты переменного тока больше, чем мосты постоянного тока, подвержены влиянию помех и паразитных связей между плечами, плечами и землей, мостом и оператором. Именно в связи с этим, даже при тщательном экранировании моста и принятии других мер защиты, погрешности мостов переменного тока больше, чем погрешности мостов постоянного тока. Промышленностью выпускаются мосты переменного тока классов точности от 0.1 до 5.0. Мосты переменного тока работают обычно на низких частотах 100 Гц и 1000 Гц. При работе на повышенных частотах погрешности измерения резко возрастают. referatwork.ru Для проверки технического амперметра все приборы соединяют по схеме рис.1. рис.1 рис.2 Необходимая величина тока устанавливается двумя реостатами R – ползунковый реостат и Rл– ламповый реостат. Ламповый реостат служит для установки величины тока в цепи близкой к необходимой, а ползунковый для точной регулировки. Включить схему и установить стрелки приборов на ноль, для чего реостат R установить в нулевое положение (полностью вывести), а в ламповом реостате выключить все лампы. Увеличить ток включением ламп до тех пор, пока стрелка испытуемого прибора не приблизится к делению шкалы соответствующему значению тока в 1А. Подрегулировать ток в цепи реостатом R, чтобы стрелка установилась точно на делении шкалы проверяемого амперметра. Показания приборов проверяемого и образцового записать в таблицу. Постепенно увеличивая силу тока добиться того, чтобы стрелка испытуемого прибора устанавливалась на последующие деления шкалы до 3А max (5 опытов). Затем, уменьшая силу тока установить стрелку на деления шкалы в обратном порядке (4 опыта). (При уменьшении тока значения тока на проверяемом амперметре могут быть другими.) Вычислить погрешности и поправки, при увеличении и уменьшении тока в цепи. Их значения записать в таблицу (Таблица может быть нарисована произвольно). Показания проверяемого прибора Показания образцового прибора Ао Погрешность Поправка При увеличении тока При уменьшении тока Абсолютная DА Приведённая g , A Число делений ,А Число делений ,А А % А На основании расчетных данных построить график поправок к амперметру рис.3. рис.3 По наибольшему значению приведенной погрешности сделать заключение о соответствии испытуемого прибора. Проверка технического вольтметра. При проверке технического вольтметра собрать приборы по схеме рис.2. Потенциометр R1 служит для грубой установки напряжения. Ползунковый реостат R2 предназначен для тонкой регулировки напряжения. Включить схему и установить стрелки приборов на ноль, для чего потенциометры R1и R2 полностью вывести. Увеличить напряжение потенциометрами R1 и R2, установив на проверяемом вольтметре значение 50В. Показания приборов проверяемого и образцового записать в таблицу. Постепенно увеличивая напряжения добиться того, чтобы стрелка испытуемого прибора устанавливалась на последующие деления шкалы до 100В (7 опытов). Затем, уменьшая напряжение установить стрелку на деления шкалы в обратном порядке (6 опытов). Вычислить погрешности и поправки, при увеличении и уменьшении напряжения. Их значения записать в таблицу. Показания проверяемого прибора Показания образцового прибора Uо Погрешность Поправка При увеличении напряжения При уменьшении напряжения Абсолютная Приведённая g , B Число делений , В Число делений ,В В % В На основании данных построить график поправок к вольтметру. График поправок для проверяемого вольтметра строится подобно графику рис.3. По наибольшему значению приведённой погрешности сделать заключение о соответствии используемого прибора. studfiles.netЛабораторная работа № 12 Изучение работы гальванометра в режиме амперметра и вольтметра. Описание работы вольтметра и амперметра
7. Охарактеризуйте амперметр (назначение, особенности подключения, расширение пределов измерений).
8. Охарактеризуйте вольтметр (назначение, особенности подключения, расширение пределов измерений).
Классификация
9. Охарактеризуйте мультиметр (назначение, особенности подключения).
Устройство мультиметра и правила работы с ним.
Лабораторная работа № 12 Изучение работы гальванометра в режиме амперметра и вольтметра
Краткие теоретические сведения
4.3. Измерение сопротивления методом амперметра и вольтметра
50.Измерение мощности методом вольтметра-амперметра.
Лабораторная работа 14
2.1. Метод амперметра, вольтметра, ваттметра
Метод амперметра – вольтметра
Порядок выполнения работы Проверка технического амперметра
интернет-магазин светодиодного освещения
Пн - Вс с 10:30 до 20:00
Санкт-Петербург, просп. Энгельса, 138, корп. 1, тк ''Стройдвор''
Поделиться с друзьями: