Измерительная техника. контр.раб №1. Контрольная работа 1 Вариант 16 Предмет Измерительная техника. Фамилия, имя, отчество Новиков Н. Н

• Название: Контрольная работа 1 Вариант 16 Предмет Измерительная техника. Фамилия, имя, отчество Новиков Н. Н
• Анкор: Измерительная техника
• Дата: 13.01.2022
• Размер: 268.5 Kb.
• Имя файла: контр.раб №1.doc
• Тип: Контрольная работа; #330013

ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ ЯРОСЛАВСКОЙ ОБЛАСТИ

государственное профессиональное образовательное учреждение Ярославской области

«Ярославский автомеханический колледж»
ЗАОЧНОЕ ОТДЕЛЕНИЕ

Контрольная работа № 1

Вариант №16

Предмет Измерительная техника .



Фамилия, имя, отчество Новиков Н.Н.

.

Шифр:_______________

Группа: 190з

Специальность 13.02.11..

Дата отправления работы.

Входящий №_________

Оценка. Дата проверки «____».

Подпись преподавателя_____________________________.

Контрольная работа предъявляется экзаменатору

при сдаче экзамена


16 Вариант.

1, Расчет шунтов

Часто при электротехнических измерениях необходимо узнать величину тока протекающего в цепи. Для этого используется амперметр. Как и другие измерительные приборы, амперметр имеет свой максимальный предел измерения, в тех случаях, когда его недостаточно, применяют шунтирование амперметра.

Шунт - это сопротивление, которое подключается параллельно к зажимам амперметра, с целью увеличения диапазона измерений. Добавление шунта параллельно амперметру вызывает разделение тока I, который протекает через данную цепь, на две составляющие – Iа и Iш.



По закону Кирхгофа известно, что сумма токов сходящихся в узле равна нулю, а значит, ток I представляет собой сумму токов Iа и Iш. Чем меньше сопротивление шунта Rш , тем ток Iш больше, а значит ток Iа, который протекает через амперметр - меньше. Зная, как соотносятся сопротивление амперметра Ra и шунта Rш, можно узнать величину измеряемого тока I или напротив, зная ток I, можно рассчитать необходимое сопротивление шунта Rш.

Формула для расчета сопротивления шунта:



Для увеличения диапазона измерения амперметра в n раз, формула для шунта:

Пример 1

Рассчитайте сопротивление шунта, который увеличит диапазон электромагнитного амперметра до 10 А, если известно, что амперметр имеет внутреннее сопротивление 5 Ом и измеряет ток до 1 А.

Измеряемый ток в 10 А, делится на два тока Iа = 1 А, и Iш, который равен:



Отсюда измеряемый ток должен разделиться в соотношении:



Так как по закону Ома сопротивление обратно пропорционально току, то



Откуда Rш:



Ответ: 0.556 Ом

Пример 2

Определите, какое должно быть сопротивление шунта, для того, чтобы увеличить предел измерения амперметра в 5 раз, если известно, что внутреннее сопротивление амперметра 2 Ом.

Сопротивление шунта рассчитывается по следующей формуле:

Ответ: 0,5 Ом.

Пример 3

Амперметр дает полное отклонение стрелки при токе в 3 А. Необходимо измерить с помощью него ток в 150 А. Определите сопротивление шунта, если известно, что внутреннее сопротивление амперметра 1 Ом.

Для проведения измерения необходимо увеличить ток в n раз:



По уже знакомой формуле рассчитаем сопротивление шунта:



Ответ: 0.02 Ом.

2. Приборы и методы измерения сопротивления.

Существуют различные способы измерения сопротивления проводников. Выбор того или иного метода диктуется наличием соответствующих приборов и требуемой точностью измерения.

1. Метод вольтамперметра

Этот метод основан на применении закона Ома для участка цепи

I_x=U_x/R_x, или  R_x = U_x/I_x  (1)

где _Rx_{- измеряемое сопротивление,} Ux, Ix измеряемые напряжения и ток. Для измерения сопротивления проводника м етодом вольтамперметра проводник включается в цепь по одной из следующих схем (рис. 3.1, рис. 3.2)¹.

Если за U_xи I_x формуле (1) принять показания вольтметра U_в и амперметра I_a и при этом не учитывать внутренние сопротивления приборов, то R_x = U_в/I_a

Расчет сопротивления R_x из этого выражения применим только для грубых расчетов. Поскольку если не учитывать сопротивление амперметра (считать его равным нулю) и сопротивление вольтметра (считать его бесконечно большим), то при измерениях как по одной, так и по другой схеме будет допускаться систематическая погрешность. При определении R_x по схеме (рис. 3.1) амперметр показывает ток, действительно протекающий по измеряемому сопротивлению (I_a = I_x), в то время как вольтметр показывает падение напряжения, как на измеряемом сопротивлении, так и на амперметре:

U_в = U_x+I_aR_a , U_x = U_в - I_aR_a.

Откуда

,

т.е. при измерении допускается систематическая абсолютная погрешность

, (3.2)

равная сопротивлению амперметра. Относительная погрешность измерения:

.

Практический вывод: схему рис. 3.1 можно применять лишь при измерении больших сопротивлений, когда измеряемое сопротивление амперметра (R_x » R_a). При измерении малых сопротивлений необходимо вносить поправку на сопротивление амперметра по формуле (3.2).

П ри измерении сопротивлений по схеме (рис. 3.2), вольтметр показывает напряжение на измеряемом сопротивлении (U_в=U_x), в то время, как амперметр показывает суммарный ток, протекающий по измеряемому сопротивлению I_x, и ток I_в протекающий по вольтметру I_a = I_x + I_в.

Поэтому

или   . (3.3)

Относительная погрешность измерения .

С учетом (3.3) получим:

. (3.4)

Практический вывод: схему рис. 3.2 можно применять лишь при измерении небольших сопротивлений, когда измеряемое сопротивление много меньше сопротивления вольтметра (R_x<<R_в). При измерении больших сопротивлений необходимо вносить поправку на сопротивление вольтметра по формуле (3.3)⁵.

2. Измерение сопротивлений методом замещения

Этот метод основан на том, что если на каком-нибудь участке цепи проводник заменить (заместить) другим такого же сопротивления, то сила тока в цепи не изменится.

Д ля измерения сопротивления методом замещения необходимо поступить следующим образом. Измерить ток в цепи с неизвестным сопротивлением R_x, затем заместить это сопротивление магазином сопротивлений R₀ и подобрать сопротивление магазина так, чтобы сила тока в цепи стала прежней. Сопротивление, введенное в магазине, и даст величину измеряемого сопротивления. Точность измерения методом замещения определяется классом точности амперметра и магазина сопротивления.

3. Измерение сопротивлений методом омметра

Омметр - стрелочный прибор с непосредственным отсчетом величины сопротивления по шкале. Он представляет собой измерительный механизм, подключенный через добавочный резистор R_д и ключ к источнику тока Е - батарее сухих элементов. В зависимости от способа подключения измеряемого сопротивления к измерительному механизму. Различают омметры с последовательной и параллельной схемами. Омметры с последовательной схемой строятся для измерения больших сопротивлений, омметры с параллельной схемой - для малых сопротивлений.

3.1. Омметр с последовательной схемой

Упрощенная схема омметра с последовательной схемой приведена на рис. 3.4. Цепь состоит из последовательно включенных: источника Е, добавочного сопротивления R_д, измерительного механизма и выходных клемм прибора «1, 2». Ток в цепи омметра с последовательной схемой равен

(3.1)

где r - внутреннее сопротивление источника тока; R_x - измеряемое сопротивления; R_и - сопротивление измерительного механизма. При постоянных R_д, R_и, Е и r ток является функцией только измеряемого сопротивления R_x следовательно шкалу прибора можно проградуировать в единицах сопротивления. При R_x = 0, ток в цепи омметра максимален, а при R_x = ∞ равен нулю. Следовательно, у шкалы омметра будут две основные точки: справа «0» Ом, слева – «∞» Ом.

Чтобы нулевая точка шкалы совпадала с верхним пределом измерения измерительного механизма, необходимо, чтобы ток при R_x = 0 был равен верхнему пределу измерения стрелочного прибора. Это достигается соответствующим подбором сопротивления добавочного резистора. Для этого перед каждым измерением выходные клеммы прибора «1, 2» замыкают накоротко (перемычка на рис. 3.4) и устанавливают нуль прибора. Практически это замыкание осуществляется путем соединения накоротко измерительных щупов прибора.

При конструировании омметра сопротивление добавочного резистора можно рассчитать по формуле (3.1), положив в ней R_x = 0, а ток равным верхнему пределу измерения измеряемого механизма. Если используется сетевой источник питания или свежие гальванические элементы, то можно положить, что r = 0. Тогда максимальное значение добавочного сопротивления R^м_д = Е/I – R_и. По мере старения элемента его внутреннее сопротивление возрастает и величина э.д.с. уменьшается, а I остается постоянным. Это приведет к тому, что величину R_д придется уменьшить.

3.2. Омметр с параллельной схемой

У омметра с параллельной схемой измеряемое сопротивление шунтирует измерительный механизм (рис. 3.5). Через измерительный механизм ответвляется только часть тока, р авная



При R_х = 0, весь ток течет через измеряемое сопротивление, ток в измерительном механизме отсутствует. При R_x = «∞» весь ток течет через измерительный механизм. Он максимален и равен

. (3.4)

Таким образом, на шкале омметра с параллельной схемой «0» расположен слева, а «∞» - справа. Чтобы точка «∞» совпадала с верхним пределом измерения измерительного механизма, необходимо соответствующим образом подобрать сопротивление добавочного резистора. Величина его рассчитывается по формуле (3.4), т.е. так же, как и для омметра с последовательной схемой.

Рассмотренные схемы омметров обладают одним существенным недостатком: показания омметра будут правильными только при тех значениях э.д.с. и внутреннего сопротивления источника тока, при которых они градуировались. Однако при использовании в качестве источников сухих элементов со временем происходит неизбежное изменение э.д.с. и внутреннего сопротивления. Поэтому, как и для последовательных схем, так и для параллельных необходимо время от времени проверять установку начала шкалы прибора. У омметров с параллельной схемой устанавливается стрелка на «∞» Ом при отключенном сопротивлении.
4.Мостовые схемы постоянного тока.
Эти гениальные схемы используют индикатор баланса для сравнения двух напряжений, точно так же как и лабораторные весы сравнивают две массы и указывают на то, что они равны. В отличие от "потенциометрических" схем, используемых для простого измерения неизвестного напряжения, мостовые схемы могут использоваться для измерения всех видов электрических величин, в том числе и сопротивлений.

Стандартная мостовая схема, часто называемая мостом Уитстона (Wheatstone bridge), изображена на рисунке 1.

Рис. 1.

Когда напряжение между точкой 1 и минусом батареи равно напряжению между точкой 2 и отрицательным выводом батареи, то индикатор баланса будет показывать ноль, и про такой мост говорят что он "сбалансирован". Состояние баланса моста полностью зависит от отношений R_a/R_b и R₁/R₂, и оно не зависит от напряжения питания. Для измерения сопротивлений с помощью моста Уитстона на место резисторов R_a или R_b устанавливается неизвестное сопротивление, в то время как остальные три резистора являются прецизионными и их номинал известен. Каждый из этих трёх резисторов может быть заменён сопротивлением другой величины или их номиналы могут быть скорректированы, что бы мост сбалансировался, и когда это произойдёт то величина сопротивления неизвестного резистора может быть определена из соотношения величин известных сопротивлений.

Для этого необходимо, что бы измерительная система имела набор переменных резисторов с точно известными значениями, которые могут служить эталонными стандартами. Например, если мост настроен на измерение сопротивления R_x (рисунок 2), то мы должны знать точное значение остальных трёх сопротивлений при сбалансированном мосте, что бы определить величину сопротивления R_x:



Рис. 2.

Каждое из четырёх сопротивлений в мостовой схеме называют плечом. Резистор, последовательно соединённый с неизвестным сопротивлением, R_x обычно называют реостатом моста (это будет сопротивление R_a на рисунке 2, а другие два сопроти-вления называют плечами отношений моста.

Точные и стабильные образцовые сопротивления к счастью, не сложно изготовить. В действительности они были одними из первых электрических "Стандартных" устройств, изготовленных в научных целях.

Мосты Уитстона считаются превосходным средством измерения сопротивления среди схем различных омметров. Но в отличие от всех этих схем, являющихся нелинейными (и имеющих нелинейные шкалы), и связанные с этим погрешности измерений, мостовая схема является линейной (математика описания её работы основана на простых отношениях и пропорциях) и довольно точной.

Имея стандартные сопротивления достаточной точности и нуль-детектор с необходимой чувствительностью, достижимая точность измерения сопротивления может быть не хуже +-0,05% при использовании моста Уитстона. Это метод измерения сопротивления предпочитают использовать в калибровочных лабораториях из-за его высокой точности.

5. Измерение сопротивления мегаомметром.

Мегаомметр — устройство для измерения сопротивления изоляции проводов и кабелей. При помощи щупов прибор подключается к измеряемой линии, после чего включается. Мегаомметр любого типа содержит источник постоянного напряжения. С его помощью в созданной измерительной цепи он генерирует высокое напряжение, которым и проверяется состояние изоляции кабеля. В зависимости от модели набор калибровочных напряжений может быть разным, могут они подаваться только по одному (более простые и дешевые) или в комбинациях (более сложные и дорогие)

В данный момент в эксплуатации есть два вида приборов — старого типа со встроенной динамомашиной, которая приводится в действие расположенной на боку прибора ручкой. Есть также электронные мегаомметры, которые могут использовать для создания испытательного напряжения внешние (бытовая электросеть) или внутренние (батарейки, аккумуляторы) источники напряжения. Некоторые модели электронных мегаомметров могут измерять другие электрические параметры сети — напряжение, низкоомное сопротивление и т.п. То есть могут использоваться вместо мультиметра. Правда, у них обычно не очень большой набор калибровочных напряжений для проверки состояния изоляции (обычно это 500 В и 1000 В).

Напряжение калиброванное и его величина выставляется переводом переключателя в нужное положение, выбирается оно в зависимости от типа испытываемого оборудования. Результаты измерений сопротивления изоляции отображаются на шкале (в стрелочных приборах) или на цифровом экране. Для удобства восприятия у стрелочных приборов шкала откалибрована в КОм или МОм.

Принцип работы мегомметра основан на законе Ома: I=U/R, сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональная сопротивлению. Во время тестирования необходимо найти сопротивление: R=U/I. Это и проделывает мегаомметр. Он выдает в цепь определенное напряжение (которое вы выставите), измеряет силу тока, пересчитывает и выдает результат на шкале. Это и будет сопротивление изоляции в тестируемой цепи.

Сам процесс измерения несложен, но проводить его надо строго соблюдая правила и очередность действий. При поверке создается высокое напряжение, что при небрежном отношении может быть опасным. Потому внимательно читаем правила и строго их придерживаемся.