Xreferat.com » Рефераты по физике » Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ


Контрольна робота

Варіант 11


2010

1. Задача №1


1.1 Умова


Для вимірювання напруги U та струму I в колі постійного струму за допомогою приладу класу точності g з номінальним струмом Iон (або номінальною напругою Uон) та внутрішнім опором Rо (табл. 1.1) необхідно:

розрахувати опори шунта та додаткового резистора і привести схеми вимірювання величин І та U;

визначити ціну поділки приладів та їх покази при вимірюванні струму І та напруги U;

вибрати тип та метрологічні характеристики моста постійного струму, за допомогою якого можна виміряти опори перетворювачів так, щоб сукупні похибки вимірювачів струму та напруги не перевищували ±2,5%;

привести спрощену схему вимірювання опору перетворювачів вибраним мостом.


Таблиця 1.1 - Параметри вимірювального механізму та умови вимірювань

І,А U, v γ,%

Іон,

Кількість поділок шкали

Rо,

W

80 150 0.5 5 100 6

1.2 Розв’язання


Схема вимірювань величини I та U наведена на рис. 1.1.

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву

Рис. 1.1 - Схема вимірювання величини I та U


Розрахуємо опори шунта Rw та додаткового резистора Rg прийнявши за верхню границю вимірювання амперметром – 100 А, вольтметром – 200 V:

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву;

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву Ω;

Визначаємо ціну поділки амперметру та його покази:

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву А/div;

Показ амперметру – 80 поділок шкали;

Визначаємо ціну поділки вольтметру та його покази:

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву V/div;

Показ вольтметру – 75 поділок шкали;

Похибки вимірювання за допомогою амперметру та вольтметру:

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсувуПобудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву%;

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву %.

Вибираємо міст постійного струму для вимірювання Rg та Rw таким чином, щоб сукупні похибки вимірювачів струму та напруги не перевищували 2.5 %:

Для вимірювання опору Rw оберемо міст P396 зі схемою включення МО-4, для вимірювання опору Rg оберемо міст P369 зі схемою включення МО-2. Основні метрологічні характеристики мосту P369 наведені в таблиці 1.2.


Таблиця 1.2 - Основні метрологічні характеристики мосту P369

Тип Схема вимірювання Діапазон вимірювань, W Клас точності, dосн, %
Р369 МО-4 0.0001...0.001 1.0

МО-2 100…106 0.005

Спрощені схеми включення мосту для вимірювання Rw та Rg приведена на рис. 1.2:


Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву

Рис. 1.2 - Спрощена схема вимірювання Rw та Rg


Враховуючи те, що прилади є збірними засобами вимірювання, можемо розрахувати їхні похибки як суми похибок його складових.

Похибка амперметру:

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву %.

Похибка вольтметру:

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву %.

2. Задача №2


2.1 Умова


Для вимірювання напруги U, струму I, частоти f та куту фазового зсуву j в колі змінного струму синусоїдної форми з послідовно підключеними резистором та конденсатором (або резистором та котушкою) використано двоканальний електронопроменевий осцилограф (ЕПО) типу С1-77.

Необхідно:

привести схеми підключення ЕПО до наданого кола для вимірювання напруги, струму, куту фазового зсуву та частоти;

вибрати коефіцієнти відхилення по вертикалі CY1 та CY2 та розгортки по горизонталі Cx для отримання зображення на екрані ЕПО 1-2 періодів напруги;

представити зображення, отримані на екрані та розрахунки результатів вимірювання U, f з визначенням їх похибки;

представити схему підключення ЕПО та зображення на екрані при вимірюванні куту фазового зсуву методом еліпсу.

Параметри кола приведені в табл. 2.1.


Таблиця 2.1 - Параметри кола

R, W C, mF L, mH f, Hz U, V
100 2.52 - 500 5

2.2 Розв’язання


Схема підключення ЕПО до заданого кола показана на рис. 2.1

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву

Рис 2.1 - Схема підключення ЕПО


Розрахуємо реактивний опір конденсатора:

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву Ω.

Повний опір ланцюгу:

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву Ω.

Визначаємо діюче значення струму:

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву mA.

Визначаємо кут фазового зсуву між струмом та напругою:

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву

Період синусоїд:

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву ms.

Спад напруги на резисторі R:

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву V.

Розрахуємо амплітудні значення напруги на на резисторі R, та на вході ланцюга:

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву V;

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву V;

Обираємо коефіцієнти відхилення та розгортки:

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву V/div;

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву V/div;

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву ms/div.

На рис. 2.2 приведено зображення двох синусоїд на екрані ЕПО, одна з яких пропорційна струму ланцюгу, а інша напрузі на його вході.


Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву

Рис. 2.2 - Екран ЕПО


Розрахунок похибок:

Візуальна похибка вимірювання періоду та напруг Um і URm:

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву %,

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву %,

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву %

Загальна похибка вимірювання періоду та напруг Um і URm за допомогою ЕПО визначається я середньоквадратичне візуальної похибки та похибки ЕПО, яка наведена у технічних умовах і відповідає його класу точності.

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву %,

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву %,

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву %,

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсувуV,

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву V,

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву Hz.

Результати вимірювань:

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву Hz,

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву V,

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву V.

Схема включення ЕПО та зображення на екрані при вимірюванні методом еліпса показані на рис. 2.3.


Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву

Рис. 2.3 - Схема включення ЕПО для вимірювання методом еліпса


Розрахунок фазового зсуву виконуються за наступною формулою:


Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву.

3. Задача № 3


3.1 Умова


Для вимірювання напруги U, струму I, частоти f, куту фазового зсуву j, та потужності P в однофазовому колі синусоїдного сигналу вибрати по 2-3 прилади та привести їх метрологічні характеристики.

Оцінити основні похибки приладів та, враховуючи їх технічні та експлуатаційні характеристики, вказати тип приладу, найбільш доцільного для вимірювання величин з похибкою, що не перевищує ±2,5%.

Записати результати вимірювання величин у встановленій стандартом формі для нормальних умов проведення експерименту, нехтуючи методичною та операторною складовими похибками.

Привести принципову схему підключення вибраних для експерименту приладів.

Характеристики кола наведені в таблиці табл. 3.1


Таблиця 3.1 - Характеристики кола

U,V I,A f, Hz j,…0
24 2 400 30

3.2 Розв’язання


Потужність ланцюгу дорівнює:

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву W.

Таким чином ланцюг можна віднести до ланцюгу середньої потужності.

Почнемо з вибору вольтметру. Характеристики вольтметрів, які можуть бути застосовані у ланцюгу з заданими параметрами наведено в таблиці 3.2.

Таблиця 3.2 - Характеристики вольтметрів

Тип Границі вимірювань

Клас точностіПобудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву, %

Частотний діапазон

Відносна похибка, Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву,%

Абс. похибка, Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву,V

Э531 30V 1.0 (45…1000) Нz 1.25 0.3
Д5015 30 V 0.2 (45…2000) Нz 0.25 0.06
C700М 30 V 1.0 20Нz…1Мz 1.25 0.3
Т16 30 V 1.5 (0…2*106) Нz 1.875 0.45
Ф534 5…30 V 0.5 10Нz…10МНz 0.625 0.15

Відносна та абсолютна похибки розраховуються відповідно за наступними формулами:


Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву,


Будемо класифікувати прилади за трьома параметрами.

За похибкою:

Д5015 – найменша похибка;

Ф534;

Э531;

С700M;

T16 - найбільша похибка.

За вживаною потужністю:

С700M - найменша вживана потужність;

Ф534;

T16;

Э531

Д5015;

За ціною:

Э531 – найдешевший;

Д5015;

T16;

C700M;

Ф534;

Для вимірювань оберемо вольтметр T16 оскільки він підходить для вимірювань за вживаною потужністю більше ніж Э531 та Д5015, його ціна менша за ціну С700М та Ф534, а клас точності приладу забезпечує похибку, що не перевищує заданої.

Характеристики амперметрів які можуть бути використані для вимірювань наведена в таблиці 3.3


Таблиця 3.3 - Характеристики амперметрів

Тип Границі вимірювань

Клас точностіПобудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву, %

Частотний діапазон

Відносна похибка, Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву,%

Абс. похибка,

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву,A

Д504 2.5 A 0.2

(45…1000)

Нz

0.25 0.005
Т18 2.5 А 1.5

(50…2*106)

Hz

1.875 0.0375

Відносна та абсолютна похибки розраховуються відповідно за наступними формулами:


Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву,


За похибкою:

Д504 – найменша похибка;

Т18.

За вживаною потужністю:

Т18;

Д504.

За ціною

- Д504;

Т18;

Для вимірювань застосуємо амперметр Т18 відносна похибка якого забезпечує задану точність, його ціна і вживана потужність не є високими. Що стосується Д504, то він вживає велику потужність навіть для заданого ланцюга.

Характеристики фазометрів наведено в таблиці 3.4.


Таблиця 3.4 - Характеристики фазометрів

Тип Номінальний струм (напруга) Номінальна напруга Область частот Клас точності Діапазон вимірювань

Відносна похибка,

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву,%

Абс. похибка

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву,..o

Ф2-1 (0.5…50) V (0.5…50) V 20 Нz…100 kHz 1 (0±180)° 1 0.3
Ф2-16

1 тV…

100 V

1 mV… 100 V 20 Нz…2 МНz

±(0,2+ +0.004*

*φx)

(0±360)° 0.32 0.096

Розрахуємо відносну та абсолютну похибку вимірювання за допомогою фазометра Ф2-16:

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву.

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву o.

Виберемо фазометр Ф2-16 оскільки він більш точний.

Характеристики частотомірів наведені в таблиці 3.5

Таблиця 3.5 - Характеристики частотомірів

Тип Діапазон вимірювань Середня частота, fо Клас точності, % Діапазон напруги

Відносна похибка, Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву,%

Абс. Похибка Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву,..Hz

Ф5043 ±10% від fo 40x10 0.2 1...500 V 0.04 0.16
Д126 ±10% от fо 400 1.5 127 V 1.65 6.6
Ф5034

0.1Нz…

50МНz

- ±[10-4 +(f•Tp)-1] 0.1... 100 V 0.0026 0.0104
Ч3-36

0.1Нz…

50МНz

- ±[10-4 +(f•Tp)-1] 0.1... 10V 0.0026 0.0104

Похибка вимірювання частотоміром Ф5043:

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву %;

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву Hz.

Похибка частотоміру Д126 знаходиться з тієї ж формули.

Похибки частотомірів Ф5034 та Ч3-36 знайдемо з виразу:


Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву;


У цій формулі Тр це час рахунку, який обирається із стандартного ряда значень.


Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву s;


Обираємо Тр = 1s як найближче до рекомендованих значень.

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву;

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву Hz

За похибкою:

Ч3-36;

Ф5034;

Ф5043;

Д126;

За вживаною потужністю:

Ч3-36;

Ф5034;

Ф5043;

Д126;

За ціною:

- Д126

Ф5043;

Ф5034;

Ч3-36;

Вибираємо Ф043 оскільки він підходить за вживаною потужністю та похибкою. Крім того він дешевший ніж Ф5034 і Ч3-36;

Характеристики єдиного ватметру такого, що вимірювана частота лежить у його нормованому частотному діапазоні наведено в таблиці 3.6.


Таблиця 3.6 - Характеристики ватметру

Тип Номінальна напруга, UH

Номінальний струм IH

Частотний діапазон Клас точності, %

Відносна похибка,

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву,%

Абс. похибка

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву,..W

Д5016 30 V 2.5 A

45…500…

1000 Нz

0.2 0.36 0.14

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву;

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву W;

Включення приладів для проведення експерименту наведено на рис. 3.1. Прилади не повинні вмикатися у ланцюг одночасово.


Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву

Рис. 3.1 - Схема ввімкнення приладів

4. Задача№4


4.1 Умова


Для вимірювання амплітудного Um, середнє квадратичного U та середньо випрямленого Uс.в. значень (відповідно АЗ, СКЗ, СВЗ) напруги u(t) в електричному колі використані електронні вольтметри V1, V2, V3. Форма кривої напруги встановлена за допомогою осцилографу та приведена на рис. 4.1. Характеристики вольтметрів наведено в таблиці 4.1.

Необхідно:

розрахувати коефіцієнти амплітуди Ка та форми Кф кривої.

показ вольтметра V1 дорівнює 10 V. Знайти значення Um, U, Uс.в. та покази інших двох вольтметрів.


Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву

Рис 4.1 - Форма кривої напруги встановлена осцилографом


V1 – ВК7-9; V2 – В3-44; V3 – В3-42.


Таблиця 4.1 - Характеристики електронних вольтметрів

Тип вольтметра Частотний діапазон Діапазон вимірювань Клас точності Вимірюємо значення Вхід вольтметра Градуювання шкали
ВЗ-42

20Нz…

10МНz

від 0.1 mV до 300 V 2.5; 6.0 СКЗ; НДФ Закритий СКЗ; НСФ
ВЗ-44

0.02...20

kHz

від 0.03 mV до 300 V 2.5 СВЗ; НСФ Відкритий СКЗ; НСФ
ВК7-9

20Нz...

700МНz

від 0.3 до 100 V 4.0 АЗ Закритий СКЗ; НСФ

4.2 Розв’язання


Аналітичний вираз, що описує криву напруги має наступний вигляд:


Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву


Середньоквадратичне значення:


Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву


Середньовипрямлене значення:


Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву


Середнє значення:

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву

Знаючи параметри вольтметра ВК7-9 та його покази можемо визначити амплітудне значення напруги - Um:

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву V;

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву V.

Знаючи Um знаходимо середньоквадратичне, середньовипрямлене та середнє значення напруги:

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву V;

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву V.

Визначаємо покази вольтметру V2 – B3-44:

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву V.

Покази вольтметру V3 – В3-42:

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву V.

Знаходимо коефіцієнт форми та коефіцієнт амплітуди:

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву; Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву;

5. Задача № 5


5.1 Умова


Оцінити результат вимірювань та його похибку і представити їх у встановленій стандартом формі при вимірюванні електричної величини А в реальних умовах. Показ приладу складає К-у частку від верхньої границі діапазону вимірювань.

Параметри вольтметру, який використовується для вимірювань, наведено в таблиці 5.1. Умови вимірювання наведені в таблиці 5.2.


Таблиця 5.1 - Параметри вольтметру

Назва та тип приладу Верхня границя діапазону вимірювань Клас точності Параметри вимірюваль-ного кола Кількість поділок шкали Частотний діапазон, Hz
Вольтметр Д5055 30 0,1 500 W 150 45…1000…1500

Таблиця 5.2 - Умови вимірювання

Друга цифра шифру К Опір кола навантаження, W Температура навколишнього середовища, °С Напруженість зовнішнього магнітного поля, А/m Кут відхилення шкали приладу від нормального положення,…°

Частота величини, що вимірюється

Hz

1 0,8 300 30 40 10 -

5.2 Розв’язання


Покази вольтметру:

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву V.

Загальна похибка вимірювання складається з інструментальної, методичної похибки та похибки оператора. Інструментальна похибка в свою чергу ділиться на основну та додаткові.

Визначаємо основну похибку вимірювання:

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву %.

Визначаємо додаткові похибки.

Похибка спричинена температурою навколишнього середовища:

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву %.

Похибка спричинена напруженістю зовнішнього магнітного поля

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву %.

Похибка спричинена відхиленням приладу від нормального положення:

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання фазового зсуву %.

Визначаємо методичну похибку:

Побудова амперметру та вольтметру. Методи вимірювання
    <!--<div class=

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.
Подробнее

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту
-->

Похожие рефераты: