Измерение силы постоянного тока. Схемы, формулы, погрешности измерения. Способы расширения пределов измерений амперметров.

Определение значений токов осуществляют, как правило, прямыми измерениями, но также широко используют косвенные измерения, при которых измеряется падение напряжения U на резисторе с известным сопротивлением R, включенном в цепь измеряемого тока I_x. Значение тока находят по закону Ома I_x= U/ R. В этом случае погрешность результата измерения ΔI_x определяется погрешностью измерения напряжения ΔU и погрешностью ΔR , обусловленной отличием номинального значения сопротивления R от истинного значения сопротивления R_и. Погрешность ΔI_x  может быть найдена по правилам обработки результатов наблюдения при косвенных измерениях.

Измерение токов сопровождается погрешностью, обусловленной сопротивлением используемого средства измерений. Включение в исследуемую цепь средства измерений искажает режим этой цепи. Включение амперметра , имеющего сопротивление R_А, в цепь

приведет к тому, что вместо тока I ₌ U/ R, который протекал в этой цепи до включения амперметра, после включения амперметра пойдет ток I_{1 =} U/ (R+ R_А). Погрешность

ΔI = I_1- I тем больше, чем больше сопротивление амперметра.

Косвенным показателем сопротивления средств измерений является мощность, потребляемая средством из цепи, в которой производится измерение. При протекании тока I через амперметр с сопротивлением R_А мощность, потребляемая амперметром

 Р_{А =} I² R_А. Следовательно, погрешность от искажения режима цепи при измерении токов тем меньше чем меньше мощность, потребляемая средством измерения из цепи, где производится измерение.

Наивысшая точность измерений постоянных токов определяется точностью государственного первичного эталона единицы силы постоянного эл. тока. Этот эталон обеспечивает воспроизведение единицы силы постоянного тока со средним квадратичным отклонением результата измерений не превышающим 4 ∙ 10^-6 , при неисключенной систематической погрешности не превышающей 8 · 10^-6. Из рабочих средств измерений наименьшую погрешность измерений дают компенсаторы постоянного тока (т.к. имеют наименьшее потребление мощности из цепи измерения). Постоянные токи измеряют с помощью компенсаторов косвенно с использованием катушек электрического сопротивления, при этом можно измерять токи с погрешностью не более ± 0,0025%.

Наиболее распространенными средствами измерений постоянного тока являются амперметры (микро-; милли-; килоамперметры), а также универсальные и комбинированные приборы ( микровольтнаноамперметры, нановольтамперметры).

К широко используемым средствам измерения относятся:

- цифровые (наименьшая погрешность измерения 0,01% для среднего значения диапазона измерений);

- электронные аналоговые, (наименьшая погрешность измерения 0,5%);

- магнитоэлектрические; (наименьшая погрешность измерения 0,2%);

- электромагнитные, (наименьшая погрешность измерения 0,5%);

- электродинамические, (наименьшая погрешность измерения 0,2%) .

Для измерения весьма малых токов применяют электрометры и фотогальванометрические (цифровые) приборы. При измерении малых и средних значений применяют цифровые и магнитоэлектрические приборы. Измерение больших постоянных токов осуществляют магнитоэлектрическими килоамперметрами и использованием наружных шунтов, а весьма больших токов- с использованием трансформаторов постоянного тока.

Для расширения пределов измерений тока применяют шунты и измерительные трансформаторы постоянного тока.

Измерение постоянного напряжения. Схемы, формулы, погрешности измерения. Способы расширения пределов измерений вольтметров.

Определение значений напряжений осуществляют, как правило прямыми измерениями.

Измерение напряжений сопровождается погрешностью, обусловленной сопротивлением используемого средства измерений. Включение в исследуемую цепь

средства измерений искажает режим этой цепи. При включении вольтметра,

 имеющего сопротивление R_V для измерения напряжения между точками a и b режим цепи тоже нарушается, так как вместо напряжения U_ab =UR₂ / ( R₁₊ R₂), которое было в схеме до включения вольтметра, после его включения напряжение   

Погрешность ΔU= U_ab1 - U_ab тем больше, чем меньше сопротивление вольтметра.

 Косвенным показателем сопротивления средств измерений является мощность, потребляемая средством из цепи, в которой производится измерение. Мощность потребляемая вольтметром, определяется выражением Р_V =U² /R_{V ,} где U –напряжение, измеряемое вольтметром; R_V- внутреннее сопротивление вольтметра. 

Следовательно, погрешность от искажения режима цепи при измерении напряжений тем меньше чем меньше мощность, потребляемая средством измерения из цепи, где производится измерение.                                                  

Наивысшая точность измерений постоянных напряжений определяется точностью государственного первичного эталона единицы электродвижущей силы. Этот эталон обеспечивает воспроизведение единицы электродвижущей силы со средним квадратичным отклонением результата измерений не превышающим 5 ∙ 10^-8 , при неисключенной систематической погрешности не превышающей 1 · 10^-6. Из рабочих средств измерений наименьшую погрешность измерений дают компенсаторы постоянного тока (т.к. имеют наименьшее потребление мощности из цепи измерения). Компенсатор имеет класс точности 0,0005 и измеряет напряжения от 10 нВ до 2,12 В. Наиболее распространенными средствами измерений постоянного напряжения являются вольтметры (микро-; милли-; киловольтметры), а также универсальные и комбинированные приборы ( микровольтнаноамперметры, нановольтамперметры).

К широко используемым средствам измерения относятся:

- цифровые, (наименьшая погрешность измерения 2,5 · 10^-3 % для среднего значения диапазона измерений);

- электронные аналоговые, (наименьшая погрешность измерения 0,5%);

- магнитоэлектрические, (наименьшая погрешность измерения 0,2%);

-электростатические, (наименьшая погрешность измерения 0,5%);

- электромагнитные, (наименьшая погрешность измерения 0,5%);

- электродинамические, (наименьшая погрешность измерения 0,2%).

Для измерения весьма малых напряжений применяют электрометры и фотогальванометрические приборы. При измерении малых и средних значений применяют цифровые и магнитоэлектрические приборы. Измерение больших постоянных напряжений осуществляют магнитоэлектрическими и электростатические киловольтметрами. 

Для расширения пределов измерений напряжения используют делители напряжения, добавочные резисторы и измерительные трансформаторы напряжения.

Прямое измерение активной мощности в цепях постоянного и однофазного переменного тока. Схемы включения ваттметров при большом и малом сопротивлении нагрузки, систематические погрешности измерения.

В цепях постоянного и однофазного тока используются электродинамические и ферродинамические ваттметры.

Ваттметр имеет 4 вывода:

Выводы “I” называют токовыми их подключают последовательно с нагрузкой

Выводы “U” выводы обмотки U их включают параллельно нагрузке

Фактически амперметр и вольтметр в общем корпусе.

2 из 4 выводов отмечены “*” и называются генераторными выводами. Они служат для выбора схем включения ваттметра уменьшающих его системную погрешность. Погрешность измерения мощности состоит из двух составляющих:

δ=δсл+δсист

δсл- случайная, определяется классом точности прибора и присутствует всегда

δсист- определяется соотношением между сопротивлениями обмоток и сопротивлением нагрузки. Она может быть уменьшена при правильном выборе схемы включения прибора.

Первая схема включения ваттметра для измерения мощности нагрузки с большим R (лампы накаливания)

Б

А

RH

Б – схема замещения ваттметра

R_v, R_a, R_H – сопротивление вольтметровой обмотки, амперметровой и приемника энергии (нагрузки).

Показания прибора:

P_изм=U_v*I_a=(U_a+U_H)*I_a=U_a*I_a+U_H*I_a=P_a+P_H

Показания ваттметра будут завышены на мощность его амперметровой обмотки Р_а. Для точного определения мощности в этом случае нужно использовать формулу:

P_H=U_H*I_H=(U_v-U_a)*I_a=U_v*I_a-U_a*I_a=P-I_a²*R_a

Т.е. для точного измерения мощности нужно знать I в нагрузке и R амперметровой обмотки. В этом случае системную погрешность равную:

δсист=  можно исключить.

Из формулы погрешности видно, что она стремится к 0 при условии, что сопротивление нагрузки намного больше сопротивления амперметровой обмотки.

Сопротивление амперметровой обмотки вольтметра составляет около 0,003…0,006 Ом.

Вторая схема включения ваттметра для измерения мощности нагрузки с малым сопротивлением (электродвигатель или трансформатор)

RH

RH

Мощность измеряемая ваттметром по этой схеме равна:

Pизм =Uv*Ia=Uv*(Iv+I_H)=Uv*Iv+Uv*I_H= Pv+P_H

Из этой формулы видно, что показания ваттметра всегда будут завышены на мощность вольметровой обмотки.

Относительная системная погрешность по этой схеме равна:

δсист=

δсист стремится к 0 при сопротивлении нагрузки намного меньшей сопротивлению вольтметровой обмотки.

17-18

Способ косвенных измерений мощности зависит от вида электрической цепи. В цепи постоянного тока косвенные измерения мощности проводятся способом 2-х приборов. В основе способа лежит зависимость P=UI

Как и в случае прямых измерений мощности здесь нужно учитывать знание R нагрузки (большое или малое).

 

При R_H<<Rv                 

При R_H>>Rv

 

Мощность в цепях однофазного переменного тока косвенно измеряются способом 3-х приборов: амперметр, вольтметр и измеритель коэффициента мощности P=UIcosφ

Измеритель коэффициента мощности – электродинамический прибор с логометрическим измерительным механизмом.

Логометрический прибор содержит одну неподвижную обмотку(токовую)-1 и две подвижных обмотки(U)-2. Обмотки U соединяются между собой и с указателем. Они могут свободно перемещаться вокруг направляющей поверхности. Обмотка U,A соединена с катушкой индуктивности L и в ней протекает ток I_1.

Обмотка U,Б соединена с активной R₂ в ней протекает ток 2, поэтому при прочих равных условиях начальные фазы токов 1 и 2 будут разными.

Если ток 1=2, а фазовый сдвиг между токами 1 и 2 будет равен углу между подвижными катушками L, то угол отклонения указателя будет равен фазовому сдвигу между U и I в нагрузке.

Отличие: 2 подвижные катушки

Фазометры имеют диапазоны измерений:

1 φ = 0…90 или 0…360

2 cos φ = 0…1

Классы точности этих приборов 0,1…2,5(с галочкой внизу:)

Особенность:неравномерная шкала

Измерение активной мощности в симметричных и несимметричных трёхфазных цепях. Схемы включения ваттметров для методов одного, двух и трёх приборов. Особенности измерений мощности трёхфазной цепи в производственных условиях.

Измерение активной мощности в трехфазных цепях.

В трехфазных цепях независимо от схемы соединения нагрузки – мощность равна сумме мощностей в отдельных фазах.

В симметричных трехфазных цепях сопротивление фазы нагрузки одинаковое, поэтому достаточно измерить мощность в одной фазе и умножить ее на 3.

В несимметричных трехфазных цепях сопротивление фаз отличается по значению или по характеру (активное, индуктивное, емкостное), поэтому измеряют мощность в каждой фазе и полученные значения складывают.

 

Измерение активной мощности в симметричных цепях.

В этих цепях используют метод одного прибора.

                   а)                                                                   б)                  

 

*

 

*

А

               

---

Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 1208; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!