1-Лаб. работа по МС. Лабораторная работа Тестирование аналоговых устройств в разных системах

• Название: Лабораторная работа Тестирование аналоговых устройств в разных системах
• Дата: 06.10.2022
• Размер: 256.05 Kb.
• Имя файла: 1-Лаб. работа по МС .docx
• Тип: Лабораторная работа; #717019

1-Лабораторная работа
Тестирование аналоговых устройств в разных системах.
Цель работы: ознакомиться с устройством, принципом действия и использования аналоговых электроизмерительных приборов различных систем; приобретение навыков сборки электрической цепи и проведения простейших электрических измерений.

К электроизмерительным приборам относятся приборы для измерения силы тока (амперметры), напряжения (вольтметры), сопротивления (омметры), мощности (ваттметры) и так далее в цепях постоянного и переменного токов.

На панелях электроизмерительных приборов указываются технические характеристики:

• 
  единицы измеряемых величин;
  
• 
  система прибора;
  
• 
  наличие защиты измерительной цепи от магнитных или электрических полей и вид преобразователя;
  
• 
  рабочее положение прибора и испытательное напряжение изоляции измерительной цепи по отношению к корпусу;
  
• 
  род тока и число фаз;
  
• 
  класс точности прибора;
  
• 
  устойчивость к климатическим воздействиям.
  

	Магнитоэлектрическая система Работа приборов магнитоэлектрической системы основана на взаимодействии магнитных полей постоянного магнита и измеряемого тока, проходящего по обмотке подвижной катушки (рамки) прибора. Катушка (3) (рисунок) из тонкой проволоки, намотанной на алюминиевый каркас, может вращаться между полюсами (2) постоянного магнита (1). При прохождении тока через рамку возникает вращающий момент M1, под действием которого подвижная часть прибора поворачивается вокруг оси (5) на угол φ. Вращающий момент пропорционален величине тока М1= k1I, где коэффициент k1зависит от индукции магнитного поля постоянного магнита, числа витков катушки, её размеров.
	Шунтирование Противодействующий момент создаётся спиральными пружинами (6), через которые также подводится ток к рамке, и пропорционален углу поворота рамки M2= k2 φ, где коэффициент k2характеризует упругие свойства пружины. При равновесии подвижной части прибора М1= М2, то есть k1I = k2φ, следовательно φ = kI, где k = k1/k2 и φ – угол поворота стрелки (7). Уравнение φ = kI – уравнение шкалы. Для приборов магнитоэлектрической системы φ I, и поэтому их шкалы равномерны. Обмотка рамки магнитоэлектрического прибора рассчитана на ток не выше нескольких десятков миллиампер. При необходимости измерять большие токи, то есть использовать прибор как амперметр, параллельно рамке включается малое сопротивление - шунт rш<< rр. При разветвлении большая часть тока I течет через шунт Iшс сопротивлением rш, и небольшая доля - Ipчерез рамку с сопротивлением rp.
	Электромагнитная система Принцип действия приборов этой системы основан на взаимодействии магнитного поля неподвижной катушки (1) (рисунок), по которой протекает измеряемый ток I, и подвижного железного сердечника (2). Плоский ферромагнитный сердечник эксцентрично закреплён на оси вместе с противодействующей пружиной (3) и стрелкой (4). При пропускании тока по катушке сердечник втягивается внутрь, при этом закручивается пружина и поворачивается стрелка прибора на угол φ . Втягивающий момент пропорционален квадрату силы тока: М = k1I2. При равновесии втягивающий момент компенсируется моментом, создаваемым закрученной пружиной k2φ, следовательно, φ = kI2. Шкала приборов электромагнитной системы неравномерная (φ I2).

Электродинамическая система
Принцип действия приборов этой системы (рисунок) основан на взаимодействии катушек, по которым проходит измеряемый ток. Внутри неподвижно закрепленной катушки на оси может вращаться подвижная катушка, с которой жёстко связана перемещающаяся над шкалой стрелка.

Противодействующий момент создаётся спиральными пружинами, закреплёнными на оси. Измеряемый ток проходит через обе катушки. В результате взаимодействия магнитного поля неподвижной катушки и поля подвижной создаётся вращающий момент М₁= k₁I₁I₂, под влиянием которого подвижная катушка будет стремиться повернуться так, чтобы плоскость её витков стала параллельной плоскости витков неподвижной катушки, а их магнитные поля совпали бы по направлению. Этому противодействует пружина, вследствие чего подвижная катушка устанавливается в положение, когда вращающий момент М₂= k₂ φ, то есть k₁I₁I₂ = k₂φ. Следовательно, уравнение шкалы будет иметь вид

φ = kI₁I₂.

Электродинамическая система

Электростатическая система
Устройство приборов электростатической системы (рис.) основано на взаимодействии двух заряженных проводников, которые обычно представляют собой два плоских электрода (1, 2), один из которых подвижен (2). Стрелка закреплена на оси (3) и удерживается на нуле пружиной (4).

При подаче напряжения U на электроды, между пластинами возникает сила электростатического взаимодействия F q² C²U²,

где q – заряд на пластинах; С – ёмкость конденсатора, образованного измерительными электродами и не зависящая от полярности приложенного напряжения.

Электростатическая система

Вращающий момент силы притяжения пластин пропорционален квадрату напряжения между пластинами M₂= k₂U². Он уравновешивается моментом силы упругости пружины M₁= k₁φ,

где φ – угол поворота подвижной части прибора.

Угол отклонения, таким образом, определяется квадратом поданного напряжения φ = kU². Выбирая форму подвижной части пластины, можно сделать большую часть шкалы прибора равномерной, но нелинейность в начальной части шкалы останется.

Отличительной особенностью приборов электростатической системы является очень высокое внутреннее сопротивление, достигающее на постоянном токе 10¹⁶ Ом, определяемое токами утечки по изоляции и зависящее от влажности.

Порядок выполнения работы

1.Определение цены деления прибора

№	Число делений на шкале, дел.	Предел измерения, А	Цена деления амперметра С, A/дел.	Определение по формуле
1
2
2
4

2. Определение чувствительности

№	Число делений на шкале l, дел.	Предел измерения, А	Чувствительность амперметра, S	Определение по формуле
1
2
2
4

3. Определение абсолютной погрешности

№	Класс точности амперметра, %	Предел измерения, А	Абсолютная погрешность ΔI, A	Определение по формуле
1
2
2
4

4. Определение показаний прибора

№	Цена деления амперметра С, A/дел.	Показания деления n1, дел.	Показания амперметра I1, А	Определение по формуле
1
2
2
4

5. Определение относительной погрешности

№	Абсолютная погрешность ΔI, A	Показания амперметра I1, А	Относительная погрешность δn, %	Определение по формуле
1
2
2
4

Лаборатория «Электричество и магнетизм»