ИИТ МУ ЛР. ИИТ МУ ЛР (1). Методические указания по лаборатоным работам иркутск 2008г. Лаборатоная работа и1

• Название: Методические указания по лаборатоным работам иркутск 2008г. Лаборатоная работа и1
• Анкор: ИИТ МУ ЛР
• Дата: 22.05.2023
• Размер: 3.95 Mb.
• Имя файла: ИИТ МУ ЛР (1).doc
• Тип: Методические указания; #1149411
• страница: 2 из 10

Программа работы

Получить на экране осциллографа изображение цикла гистерезиса. По данным опыта определить энергию потерь в образце за один цикл перемагничивания.

Методом амперметра-вольтметра измерить зависимость Вm(Нm) и определить магнитную проницаемость (Нm).

Порядок выполнения работы

1. 
   Собрать схему (рисунок). Переключатель осциллографа “ДИАПАЗОН ЧАСТОТ” установить в положение “ВЫКЛЮЧЕНО”.
   
2. 
   Меняя ЛАТРом напряжение, регулирую сопротивление R1 и емкость С, а также усиление по вертикали и горизонтали осциллографа, получить на экране изображение цикл гистерезиса.
   
3. 
   Приложив кальку к экрану осциллографа, зарисовать цикл намагничивания.
   
4. 
   Включив развертку осциллографа переключателем “ДИАПАЗОН ЧАСТОТ”, и установив переключатель синхронизации в положение “ОТ СЕТИ”, получить на экране осциллографа неподвижную картину зависимости В(t). Она не должна существенно отличаться от синусоиды.
   
5. 
   Отключив то клеммы “ВХОД Y” провод с конденсатора, подключить к ней провод со входа Х (от резистора R). На экране осциллографа получится изображение зависимости Н(t). Приложить кальку к экрану и зарисовать изображение.
   
6. 
   По зарисованному цикл гистерезиса определить размеры проекций lх и ly.
   
7. 
   Данные опыта записать в табл. 1.
   
8. 
   Не изменяя параметров цепи переменного тока, включить цепь подмагничивания (110 В) и установить ток I₀ по указанию преподавателя.
   
9. 
   Повторно выполнить указания пунктов 3-7.
   

Таблица 1

I0,А

I1,А

U2,В

lх,мм

ly,мм

mн, А/м2

mв, Тл/м

S0,м2

А,Дж

10. 
    Изменяя ЛАТРом ток от первой числовой отметки шкалы амперметра Р1 до 1,5 А через 0,1 А, снять показания приборов и записать в табл. 2. (Цепь подмагничивания при этом отключена).
    
11. 
    Установить ток I₀ по указанию преподавателя и повторить пункт 10.
    

Таблица 2

I1,А	U2,В		Нm, А/м	Вm, Тл		
	I0=0	I0=		I0=0	I0=	I0=0	I0=

12. 
    Записать размеры сердечника lср, S, V (указаны на стенде).
    
13. 
    Построить графики зависимостей В(Н), (Н).
    
14. 
    Результаты измерений величин А, В, Н,  (последние три - в точки, где  максимально) представить в форме, требуемой разделом “Краткие указания по обработке и представлению результатов измерений”. Для этого следует воспользоваться формулой (4) раздела “Краткие указания . . . . .”, а абсолютную погрешность найти по выражению (1).
    

Контрольные вопросы

1. 
   Объяснить, что такое индукция и напряженность магнитного поля, магнитная проницаемость.
   
2. 
   На чем основано измерение величин В и Н в методе вольтметра?
   
3. 
   Объяснить, как получается на экране осциллографа изображение цикла магнитного гистерезиса.
   
4. 
   Почему при синусоидальной зависимости В(t) зависимость Н(t) для ферромагнитного материала не синусоидальна? Какие в этом случае возникают погрешности и как их снизить?
   
5. 
   Как определить потери энергии в сердечнике за один цикл и мощность потерь?
   
6. 
   Почему в методе вольтметра-амперметра напряжение на вторичной обмотке измеряется вольтметром, хотя это напряжение пропорционально производной от индукции магнитного поля?
   
7. 
   Как влияет постоянное подмагничивание не переменное магнитное поле в сердечнике и на магнитную проницаемость?
   

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА И-2

ПРОВЕРКА АМПЕРМЕТРА И ВОЛЬТМЕТРА ПРИ ПОМОЩИ ПОТЕНЦИОМЕТРА ПОСТОЯННОГО ТОКА

Цель работы – изучение принципа действия и устройства потенциометра постоянного тока и приемов поверки измерительных приборов высокого класса точности с помощью потенциометра.

Приборы и принадлежности: потенциометр постоянного тока с делителем и образцовым резистором, поверяемые амперметр и вольтметр.
Основные понятия
Проверка средств измерений представляет собой метрологическую операцию, заключающуюся в определении погрешностей средств измерений и установлении его пригодности к измерению.

Поверке подвергаются все средства измерений при выпуске их из производства и ремонта, а также находящиеся в эксплуатации после определенного срока их службы. Проверка средств измерений проводится в соответствии с требованиями стандартов.

Основная цель поверки – выяснить, может ли данное средство измерения обеспечить требуемую точность измерения, то есть соответствуют ли точные характеристики установленным нормам и стандартам.

Точность средства измерения характеризуется его погрешностями. Абсолютная погрешность  есть разность между показаниями приборов и истинными значениями измеряемой величины:

 = х – Х,

где х – показание прибора; Х – истинное значение измеряемой величины.

Относительная погрешность есть отношение абсолютной погрешности средства измерения к истинному значению измеряемой величины, выраженное в процентах:

 =  / Х.

Приведенная погрешность есть отношение погрешности измерительного прибора к нормирующему значению, выраженное в процентах:

Ɣ =  / Хn,

Где Хn – нормирующее значение.

В зависимости от условий применения измерительных средств погрешности разделяют на основные и дополнительные. Основная погрешность соответствует нормальным условиям работы измерительных средств, установленным стандартом или техническим условием. Дополнительная погрешность возникает при эксплуатации прибора в условиях отличных от нормальных.

Пределы допускаемых основных и дополнительных погрешностей определяет класс точности прибора.

При поверке стрелочных приборов (когда погрешность определяется для всех оцифрованных отметок шкалы) о точности их судят по приведенной погрешности, при определении которой все участки шкалы находятся в одинаковых условиях. Относительная погрешность не может дать правильного представления о точности прибора, поскольку в начале шкалы она будет увеличиваться. Относительной погрешностью пользуются, когда поверка производится в определенных заданных точках стрелочных приборов.
При поверке приборов, кроме погрешностей, определяют наличие вариации показаний приборов. Вариации есть разность показаний измерительного прибора для данной точки диапазона измерения при двух направлениях медленных изменений показаний прибора в процессе подхода к данной точке.

Наибольшая вариация показаний для измерительных приборов электромагнитной и ферродинамической системы не должна превышать двойного значения основной погрешности, а для остальных систем – значения основной погрешности.

Основными причинами вариации показаний прибора являются наличие и непостоянство трения в опорах.

При поверке приборов обычно выполняют и ряд других операций: внешний осмотр измерительного прибора, определение времени успокоения и др. Поверку приборов классов точности 0,5; 1,0; 1,5; 2,5 и 4 проводят по образцовым приборам классов соответственно: 0,1; 0,2; 0,5. Образцовый прибор должен быть, по крайней мере, на два класса точнее поверяемого.

Из всех электрических образцовых мер с наибольшей точностью и с наименьшими трудностями могут быть выполнены образцовые меры сопротивления и ЭДС. На основании сравнения с этими образцовыми мерами могут быть поверены с высокой точностью и проградуированы образцовые амперметры, вольтметры, ваттметры, рабочие меры сопротивления и ЭДС.

Поверка и градуировка обозначенных средств измерений осуществляется при помощи средств измерений с использованием компенсационного метода, относящегося к нулевым методам измерения и дающего более высокую точность результата измерения, чем методы непосредственной оценки.


Сущность компенсационного метода заключается в том, что действие неизвестного напряжения (ЭДС) в некотором контуре компенсируется (уравновешивается) действием известного напряжения (ЭДС).

Такой метод используется в приборах сравнения – потенциометрах. Схема потенциометрах. Схема потенциометра постоянного тока приведена на рис. 1., где Е_нэ – ЭДС нормального элемента, стабильная и известная с высокой точностью (в качестве образцовых мер ЭДС которых при температуре 20С будет Е_нэ = (1,01854 . . . 1,01873) В;

Е_х – измеряемая ЭДС;

R_к – известное регулировочное сопротивление;

R_всп – реостат, предназначенный для установки рабочего тока;

Е_всп – источник рабочего тока;

Р – магнитоэлектрический гальванометр (индикатор равновесия);

R_n – установочное сопротивление, значение которого выбирается в зависимости от значения рабочего тока потенциометра и значения ЭДС нормального элемента;

R_уп – постоянная его часть;

R_ут – переменная часть.

Поскольку Е_нэ и R_n для каждого типа потенциометров есть величина постоянная, то величина рабочего тока Iр тоже будет постоянной для каждого типа потенциометра. Е_всп, R_всп, R_n, R_к образует рабочую цепь потенциометра. В этой цепи протекает рабочий ток. Работа на потенциометре начинается с установки величины рабочего тока. Переключатель SА ставится в положение НЭ. Резистором R_всп регулируют Iр до тех пор, пока ЭДС нормального элемента не будет уравновешена падением напряжения на Rn. При этом устанавливается равенство компенсирующих друг друга величин Е_нэ = I_рR_n, отсюда

Iр = Е_нэ / R_n, (1)

и гальванометр покажет ноль. Из выражения (1) следует, что по известным ранее величинам Е_нэ и R_n можно установить строго определенное значение рабочего тока I_р зависит точность измерения. После установки рабочего тока гальванометр переключают в цепь Е_х (переключатель SА ставят в положение Х) и, регулирую положение подвижного контакта компенсирующего сопротивления Rк, добиваются того, чтобы напряжение, снимаемое с участка Rк, уравновесило величину Ех. Выполнение этого условия определяется по нулевому показанию гальванометра и характеризуется равенством:

Ех = IрRк

или с учетом (1), получим

Ех = ЕнэRк / Rn. (2)

Выражение (2) показывает, что каждому значению измеряемой величины Ех соответствует одно определенное значение Rк, так как Енэ и Rn постоянны. Поэтому шкалу потенциометра градуируют прямо в вольтах или милливольтах.

Особенность компенсационного метода – в момент отсчета ток от источника измеряемой ЭДС не потребляет. Таким образом, измеряется действительное значение именно ЭДС, а не напряжения на зажимах источника. Очевидно возможность измерения не только ЭДС, но и любых разностей потенциалов, например, падений напряжений на сопротивлениях, косвенно можно измерять и ток и величину сопротивления.

При измерении тока с помощью потенциометра в цепь измеряемого тока включают образцовую катушку сопротивления, которая снабжена двумя парами зажимов, две из которых называют токовыми и предназначены для включения образцовой катушки в цепь тока, два других называются потенциальными и подключаются к зажимам “Х” потенциометра. Такое подключение необходимо для повышения точности измерений путем ликвидации дополнительного падения напряжения на токовых зажимах и соединительных проводах. Сопротивление между потенциальными зажимами равно номинальному сопротивлению образцовой катушки. Таким образом, компенсатором измеряют падение напряжения

Uк = IхRобр, (3)

зная которое, можно определить искомый ток Iх, то есть

Iх = Uк / Rобр.

Образцовая катушка сопротивления должна быть выполнена с высокой точностью, поскольку от этого зависит точность измерения.

Существует большое количество разных типов потенциометров, отличающихся друг от друга по схемам, конструкциям, пределам измерения и другим показателям.

В данной работе используется потенциометр большого сопротивления типа ППТВ – 1 (по старому обозначению ко 2 классу, согласно ГОСТу 9245 –79 его следует отнести к классу точности 0,05).Рабочий ток компенсатора Iр=0,1*10^-3А, предел измерения 1,2В. Погрешность компенсатора большого сопротивления при нормальных условиях его работы не превышает величины U (В):

U = (150U+0,5m)*10^-6,

где U – показание потенциометра, В; m – число декад, показания которых не равны нулю.

Для установки рабочего тока к зажимам ВБ компенсатора подключается вспомогательный источник питания с напряжением в пределах (1,3-2,2)В. Для получения Iр=0,1*10^-3А из формулы (1) следует, что Rn должно быть равным 10000 Енэ. ЭДС Енэ должна быть известна с учетом температуры окружающей среды. Рукояткой с обозначением “НЭ” (1,018 В) на лицевой панели компенсатора устанавливают последний знак Енэ в зависимости от температуры окружающей среды.

Измеряемое напряжение подключают к зажимам “Х” потенциометра, вспомогательную батарею к зажимам “ВБ”, нормальный элемент к зажимам “НЭ”, гальванометр к зажимам “Г” (на стенде гальванометр подключен). Если нужно измерить напряжение выше 1,2В (предел измерения потенциометра), применяют делитель напряжения.

Рукоятка с надписью “РАБОЧИЙ ТОК” предназначена для регулировки рабочего тока в порядке, указанном стрелкой, от реостата с надписью “ГРУБО” до реостата с надписью “ТОЧНО”. В правой части панели расположены движок с надписью “НЭ” и рукоятки пяти декад сопротивлений. Компенсирующее напряжение, получаемое на этих декадах, отсчитывается в отверстиях под соответствующей рукояткой с учетом множителя, указанного около отверстия (х0,1; х0,01; х0,001 и т.д.).

Потенциометры применяются для поверки образцовых приборов [1, с.18-20, 30-36; 3, с. 65-71, 74-81].
Программа работы

Поверить амперметр. Сделать вывод о соответствии данного амперметра указанному классу точности или указать, к какому классу точности можно отнести поверяемый прибор.

Поверить вольтметр. Сделать вывод о соответствии данного вольтметра указанному классу точности или указать, к какому классу точности можно отнести поверяемый прибор.

Порядок выполнения работы





П о в е р к а а м п е р м е т р а.

1. 
   Собрать схему (рис. ).
   
2. 
   Установить ЛАТРом стрелку амперметра на первую оцифрованную отметку шкалы, добиваясь точного совпадения деления шкалы, стрелки и ее изображения (расхождение не более 1/5 деления), причем в процессе измерения необходим постоянный контроль установки показаний поверяемого прибора.
   
3. 
   Установить на потенциометре движком “НЭ” значение 1,0187 В, что соответствует ЭДС нормального элемента при t = 20С.
   
4. 
   На потенциометре переключатель поставить в положение “НЭ”. Нажать кнопку “50000”. Ручками “РАБОЧИЙ ТОК” установить указатель гальванометра на ноль. Отпустить кнопку “50000” и, нажав – 0, точно установить указатель гальванометра на ноль.
   
5. 
   Поставить переключатель потенциометра в положение “Х”.
   
6. 
   Установить движками “ВОЛЬТЫ” потенциометра при нажатой кнопке “50000” указатель гальванометра на ноль.
   
7. 
   Произвести проверку для всех числовых отметок шкалы до Imax. При поверке стрелку поверяемого прибора последовательно устанавливать на все оцифрованные отметки шкалы, вначале при возрастании измеряемой величины от нуля до номинального значения и затем при убывании ее до нуля. При этом надо следить, чтобы стрелка подходила к отметке плавно и только с одной стороны, при возрастании измеряемой величины – слева направо, и при убывании – справа налево.
   
8. 
   Результаты измерений и вычислений свести в табл. 1.
   

Таблица 1

I,А	Uном, В		Iд, А		Погрешности поверяемого амперметра						Вариация,А
	Пря-мой ход	Обра-тный ход	Пря-мой ход	Обра-тный ход	Основная
					Прямой ход			Обратный ход
					I ,А	,%	Ɣ,%	I,А	,%	Ɣ,%

Примечание.

I – показания поверяемого амперметра;

Uном – отчет по потенциометру;

Iд = Uном / Rобр – действительное значение тока;

Rобр – сопротивление образцовой катушки.


П о в е р к а в о л ь т м е т р а.

1. 
   Собрать схему (рис. ).
   
2. 
   Установить ЛАТРом стрелку вольтметра на первую оцифрованную отметку шкалы и выполнить пункты 3-7 поверки амперметра, изменяя показания вольтметра до Umax.
   
3. 
   Результаты измерений и вычислений занести в табл. 2.
   

Таблица 2.

U,В	Uном, В		Uд, А		Погрешности поверяемого вольтметра						Вариация,В
	Пря-мой ход	Обра-тный ход	Пря-мой ход	Обра-тный ход	Основная
					Прямой ход			Обратный ход
					U ,В	,%	Ɣ,%	U,В	,%	Ɣ,%

Примечания.

U – показания поверяемого вольтметра;

Uд – действительное значение напряжения, Uд = nUном;

N – множитель делителя напряжения ДН.

По результатам измерений и вычислений сделать требуемые программой работы выводы.
Контрольные вопросы:

1. 
   Из каких операций состоит поверка средств измерений?
   
2. 
   Дать определение класса точности измерительного прибора и объяснить, как он определяется.
   
3. 
   Как по результатам исследований определяется вариации показаний измерительного прибора и каковы допустимые значения вариации?
   
4. 
   Объяснить назначение и принцип действия потенциометра.
   
5. 
   Какие параметры определяют точность компенсационного метода?
   
6. 
   Объяснить роль и особенности образцового сопротивления.
   
7. 
   Каково назначение делителя напряжения?
   
8. 
   Основные преимущества компенсационного метода.
   
9. 
   Что является мерой ЭДС? Как она устроена?
   
10. 
    Мера сопротивления, и ее устройство.
    
11. 
    Как определить погрешность измерения напряжения потенциометром? Найдите относительную погрешность измерения потенциометром одного из измеренных напряжений из табл.1 или 2.
    

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА И – 4