Вимірювання опору елементів електричних кіл постійного струму

МЕТА РОБОТИ – вивчити основні засоби та методи вимірювань опору елементів

електричних кіл постійного струму.

Внаслідок виконання лабораторної роботи студент повинен

– знати: принцип дії омметрів магнітоелектричної системи, вимірювальних мостів

– постійного струму, а також прямі та непрямі

методи вимірювань параметрів елементів електричних кіл та рекомендовані

області їх використання;

– вміти: застосовувати методи прямих та непрямих вимірювань параметрів елементів

електричних кіл та оцінювати похибки результатів вимірювань.

 

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ

 

Вимірювання опору R постійному струму здійснюється як прямим вимірюванням (омметром чи мостом постійного струму), так і опосередкованим (непрямим) вимірюванням за допомогою амперметра та вольтметра [1, с. 420-425].

Опосередковані вимірювання виконуються за схемами рис.8,1, а, б.

Рисунок 8.1. Схеми підключення приладів при непрямому вимірюванні опору

 

Необхідно пам'ятати, що виникаюча при цьому методична похибка δ_МТ повинна бути оцінена і виключена із результатів вимірювань, якщо |δ_МТ| ≥ 0,15∙|δ_ОСН|.

Для знаходження поправки (в даному випадку це - методичної похибки в абсолютній формі, взятої з протилежним знаком) необхідно скласти схеми заміщення кіл, відповідно схемам рис. 8.1, а, б, з урахуванням внутрішнього опору приладів R_V та R_A і розрахувати виправлені значення результатів вимірювань.

Опір резистора згідно закону Ома слід визначити як

,

де - напруга на резисторі , а

- струм, діючий в резисторі .

Але при проведенні вимірювань за допомогою амперметра та вольтметра по схемам рис. 8.1 а,б опір резистора визначають як

,

де - показ вольтметра;

- показ амперметра.

При цьому виникає похибка за рахунок впливу власних опорів амперметра (схема рис. 8.1,а) та вольтметра (схема рис. 8.1, б).

Дійсне значення опору необхідно визначати по формулам:

- для схеми рис. 8.1,а ()

:

- для схеми рис. 8.1,б ()

.

 

Для точних вимірювань опору постійному струму використовуютьсяметоди порівнянь, що реалізуються на базі одинарних та подвійних мостівпостійного струму.

Схема вимірювань подвійним мостом Р329 зображена на рис. 8.2.Вимірювальний опір знаходимо за формулою

R_X = R₁∙R_N/R₂.

Зразковий опір R_N повинен бути майже одного порядку з вимірюваним.

Міст Р329 укомплектовано двома зразковими резисторами з опорами – R_N =1 Ω абоR_N =0.001 Ω.

Вибір значення зразкового опору здійснюється встановленнямштекерів у відповідні гніздаR_N (див. рис. 8.2).

Результати вимірювань повинні мати стільки значимих цифр, скількидекад включає в себе магазин зразкових опорів плеча врівноваження R₁.

Одинарно-подвійний міст постійного струму Р329 має в якості плеча R₁ п’ятидекадний магазин: 10²; 10¹; 10⁰; 10^-1; 10^-2.

Плечі R₂ і R₃ ідентичні і складаються з опорів 10; 100; 1000; 10000 Ω. Вибір опору плечR₂, R₃ відбувається встановленням штекерів у вхідні гнізда (див. рис.7.2).

 

 

Рисунок 8.2 - Схема вимірювання опору подвійним мостом постійного струму

 

Враховуючи високу чутливість нуль-індикатора G, процесврівноваження мосту слід проводити в два етапи: спочатку при натиснутій кнопці "Грубо", а потім – "Точно". Підбір опору R₁ слід починати здекадного перемикача нижнього розряду.

Лицьова панель стенда приведена на рис.8.3.

На стенді розміщені:

– об'єкт вимірювання – двообмотковий трансформатор Т_Р ;

– амперметр та вольтметр магнітоелектричної системи типу М330 класу точності 1.5 та амперметр і вольтметр електромагнітної системи типу Э377 класу точності 1.5;

– омметр типу М371 або М471 класу точності 1.5;

- одинарно-подвійний міст постійного струму типу Р329 (метрологічні характеристики приведені в табл. 8.1).

 

Рисунок 8.3 - Панель стенду № 4

 

 

Таблиця 8.1 – Характеристики моста Р329

	RX, Ω	Клас точності
ПОДВІЙНИЙ МІСТ	10^-6...10^-5	1.5
10^-5...10^-4	0.5
10^-4...10^-3	0.1
10^-3...100	0.05
ОДИНАРНИЙ МІСТ	50...10^5	0.05
100010...10^7	0.5

 

 

ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ

 

1. Вивчити теоретичний матеріал про вибір засобів та методів вимірювань параметрів елементів електричних кіл, приведений в [І, с. 420-425].

2. Підготуватибланк звіту до лабораторної роботи.

3. Описати методики проведення вимірювань згідно лабораторним завданням 2-4.

 

ЛАБОРАТОРНЕ ЗАВДАННЯ

1. Ознайомитись зі стендом. Скласти таблицю метрологічних характеристик приладів, що використовуються в роботі.

2. Виміряти опір постійному струму первинної R_1X та вторинноїR_2X обмоток трансформатора непрямим методом за допомогою вольтметрата амперметра, використовуючи обидві схеми (див. рис.8.1).

3. Розрахувати невиправлені R_1X^’ і R_2X^’, а також виправленні R_1X і R_2Xрезультати вимірювань.

4. Виміряти опори R_1X і R_2X омметром та подвійним мостомпостійного струму. Виключити систематичну складову похибки, що виникаєв результаті полярності джерела напруги мосту. Результати вимірювань та розрахунків по пп. 2-4 занести в табл. 8.3.

5. Розрахувати та порівняти відносні похибки вимірювань опорів R_1X та R_2X різними методами і засобами, прийнявши за дійсне значення цих опорів результати, отримані за допомогою моста постійного струму. По результатам розрахунків зробити висновки відносно доцільності застосування метода А-V для вимірювання опору обмоток трансформатора.

 

Таблиця 8.2 - Експериментальні та розрахункові дані по вимірюванням опорівпостійному струму

 

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

 

1. Приведіть схему та рівняння рівноваги одинарного моста постійного струму.

2. Чому вимірювання опору подвійним мостом потрібно виконувати двічі, змінюючи

полярність джерела напруги?

3. Які похибки супроводжують вимірювання опору методом амперметра – вольтметра?

4. Як виправити результати вимірювань опору, які отримані методом амперметра –

вольтметра?

5. Приведіть можливі схеми побудови однорамкових омметрів та проаналізуйте їх метрологічні властивості.

6. Логометричні омметри: принципові схеми, рівняння перетворення, властивості.

7. Накресліть схему одинарного моста з підключенням об’єкта, опір якого вимірюється, за допомогою чотирьох затискачів.

8. Накресліть схему подвійного моста постійного струму. При яких умовах рівняння рівноваги матиме такий же вигляд, як і для одинарного моста?

 

 

 

 

Додаток 1

Перелік умовних позначень, які наносяться на електровимірювальні прилади

та допоміжні частини

 

Позначення, які наносяться на кожний прилад:

– одиниці величини, що вимірюється (для приладів з іменованою шкалою) або найменування приладу;

– номінальні значення величини, що вимірюється:

– клас точності;

– рід струму та число фаз,

– система приладу та допоміжної частини, з якою прилад градуювався;

– ступені захисту від впливу магнітних та електричних полів;

– робоче положення приладу (якщо воно має значення);

– випробувальна напруга ізоляції вимірювального кола відносно корпусу;

– номер групи, до якої відноситься прилад по кліматичним та механічним умовам;

– тип приладу, рік випуску та заводський номер.

Крім цього, прилади та допоміжні частини мають позначення:

– номінальні частоти (якщо вони відрізняються від 50 Hz) або нормальні (підкреслено) та робочі області частот;

– номінальні струм, напруга та коефіцієнт потужності (для окремих груп приладів);

– номінальні характеристики масштабних вимірювальних перетворювачів.

Для переносних приладів класу точності 0.05-0.5 вказують:

– значення активного опору та індуктивності (для амперметрів змінного струму);

– падіння напруги (на амперметрах постійного струму);

– струм повного відхилення вказівника вольтметра.

Додаток 2

Зразок письмового та табличного опису характеристик приладу

 

Амперметр класу точності 0.5; номінальні значення струму 5 та 10 А; використовується в колах постійного та змінного струмів, частотні діапазони: нормальний - (45-55) Нz, робочий - (55-1500) Нz, прилад електромагнітної системи; робоче положення горизонтальне; випробувальна напруга ізоляції вимірювального кола відносно корпусу 2kV; параметри вимірювального кола для границі вимірювань 5 А – активний опір 0.01 Ω та індуктивність 0.003 mH, для границі вимірювань 10А - активний опір 0.004 Ω та індуктивність 0.001 mН. Тип приладу Э59, рік випуску – 1965, заводський номер 45838. Прилад відповідає ГОСТ 8711-60.

 

 

Таблиця Д2.1 - Характеристики засобів вимірювань

Найменування приладу	Тип	Частотний діапазон, Hz	Границя вимірю-вань	Число поділок або ціна поділки	Клас точності	Номер та рік випуску	Примітка
Амперметр	Э59	0; 45-55 -500	5 A	0.05 A/div	0.5	№45838 1965 p,	0,01 Ω; 0.003mH
10 A	0.1 A/div	0,04 Ω; 0.001 mH
Вольтметр	…	…	…	….	….	….	….

 

Додаток 3