Поверка амперметра и вольтметра магнитоэлектрической системы

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО РЫБОЛОВСТВУ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МУРМАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

 

Кафедра «Электрооборудования судов»

 

 

ЖУРНАЛ

Лабораторных работ

по дисциплине «информационно-измерительные и приборы»

 

студента(курсанта) 3 курса политехнического факультета

 

cпециальности «энергообеспечение предприятий»

 

учебной группы № Эп-301…

_______________________________

фамилия, инициалы

 

Мурманск

 

 

Введение

 

В соответствии с квалификационной характеристикой инженера специальности «энергообеспечение предприятий» выпускник должен не только знать основы общетеоретических, общеинженерных и специальных дисциплин и нормативные документы по эксплуатации технических средств в объёме, необходимом для решения производственных задач, но и уметь обеспечивать надёжную и эффективную эксплуатацию оборудования и систем автоматического управления и контроля, выбирать оптимальные режимы их работы, оценивать техническое состояние оборудования и систем автоматического управления и контроля, устранять неисправности.

В формировании системы знаний, умений и навыков по эксплуатации технических средств в процессе обучения в ВУЗе важное место занимают лабораторные работы.

Основными учебными задачами, которые решаются при проведении лабораторного практикума по дисциплине «Информационно-измерительные приборы», являются:

-ознакомление студентов с современной информационно-измерительной техникой и получение практических навыков работы с ней;

-обучение курсантов студентов методам и приемам измерительного эксперимента;

-привитие навыков по выбору средств и схем измерений исходя из задач исследования;

-освоение требований нормативных документов регламентирующих единство измерений и способы поверки средств измерения;

- освоение методики, обобщения и оформления результатов эксперимента.

Каждая лабораторная работа рассчитана на четыре академических часа(первые два часа- выполнение эксперимента, расчёты и оформление отчёта; вторые два часа- анализ результатов и защита работы).

 

 

Правила техники безопасности при проведении лабораторных работ

 

Перед началом работ в лаборатории студенты должны ознакомиться: с действующей инструкцией по охране труда при проведении лабораторных работ в лабораториях кафедры электрооборудования судов МГТУ и компьютерном классе, с инструкцией по противопожарной безопасности, правила оказания первой помощи пострадавшему от действия электрического тока и меры безопасности указанные в инструкциях по эксплуатации лабораторных стендов НТЦ-08, ДПО РН,ТРМ-138 под роспись в «журнале инструктажей по охране труда».

Перед началом сборки схемы эксперимента студенты должны убедиться в том что используемое оборудование не находится под напряжением. Особое внимание обратить на исправность изоляции соединительных проводов, розеток, вилок, переносных средств измерения и т.д. Об обнаруженных недостатках немедленно сообщить преподавателю или лаборанту.

При сборке схемы не допускать падения приборов и не загромождать доступ к щиткам питания и выключателям.

Категорически запрещается:

-включать схему под напряжение без предварительной проверки её преподавателем или лаборантом;

-производить сборку и разборку схем находящихся под напряжением;

-во время работы при включенном напряжении сети касаться зажимов и оголенных проводов;

-применять провода с повреждённой изоляцией;

-оставлять без присмотра схемы, находящиеся под напряжением;

-самостоятельно исправлять повреждения в сети электропитания;

-работать при открытых щитках питания и снятых кожухах приборов;

-работать в одиночку при проведении эксперимента.

 

Общие методические указания к проведению лабораторных работ.

 

Занятия в лаборатории проводятся в часы, предусмотренные расписанием. Студенты, пропустившие занятия, должны выполнить работу в дополнительное время (или выполнить однотипную виртуальную работу по указанию преподавателя)

До начала очередной лабораторной работы курсант (студент) должен представить преподавателю законченный отчёт в по установленной форме и защитить ее в соответствии материалом темы которой соответствует данная работа.(основные вопросы для защиты имеются в методических указаниях к каждой работе).

К выполнению лабораторных работ допускаются студенты:

-знающие основные положения инструкций по охране труда, противопожарной безопасности и правила оказания первой помощи пострадавшему от действия электрического тока;

-подготовленные к выполнению лабораторной работы;

-защитившие предыдущую лабораторную работу.

При недостаточной подготовке студента он не допускается к выполнению очередной работы.

После сборки схемы, а также каждого её изменения, предусмотренного программой работы, схема предъявляется преподавателю для проверки. Включение схемы под напряжение осуществляется преподавателем или студентом с разрешения преподавателя.

Включив измерительные приборы, прогревают измерительную аппаратуру в течение трёх-пяти минут и устанавливают рекомендуемый режим работы.

Предварительно, не записывая показаний, «бегло» проследить исследуемую зависимость и убедиться в соответствии его результатов теоретическим положениям. При этом следует заметить пределы изменения входных и выходных величин и участки с наиболее выраженной нелинейной зависимостью, что позволяет определить пределы измерения и интервалы между точками отсчёта.

Для снятия кривой опыт повторяют и записывают показания.

Число отсчётов, необходимых для правильного воспроизведения исследуемой зависимости, курсант(студент)выбирает самостоятельно. Там, где исследуемая величина резко изменяется(имеется явно выраженная нелинейная зависимость), точки отсчёта берутся более часто, чем на участках монотонного изменения функции.

Результаты измерений заносят в таблицы в тех единицах в которых проградуированы приборы, а затем выполняют их пересчёт

 

Обработка результатов эксперимента и оформление отчёта

 

Обработка результатов эксперимента проводится сразу после выполнения работы которые заносятся в отчёт. По результатам каждого эксперимента делаются выводы с точки зрения теории, а также объясняются причины отклонения результатов эксперимента от теоретических положений. Отчёт должен быть оформлен на листах А-4, все записи и графики выполняются в соответствии с действующими стандартами.

На экзамене по дисциплине курсанты (студенты) не защитившие работы, прежде чем получить экзаменационный билет,

обязаны ответить на вопросы указанные преподавателем по каждой не защищенной работе.

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N1

 

ПОВЕРКА АМПЕРМЕТРА и ВОЛЬТМЕТРА МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

Часть1.ПОВЕРКА ТЕХНИЧЕСКОГО АМПЕРМЕТРА

1.2. Материальное и методическое обеспечение:

- лабораторные стенды НТЦ-08;

- мультиметры;

- перемычки для сборки схемы;

- журнал для лабораторных работ специальности «Энергообеспечение

предприятий» по дисциплине «Информационно-измерительные приборы»;

 

Цель работы.

1.1.1. Изучить схему поверки амперметра;

1.1.2. Определить класс точности поверяемого амперметра;

1.1.3. Изучить методы поверки измерительных средств.

 

Хн.з.

 

где Хн.з. - нормирующее значение, т.е. некоторое значение, по отношению к которому рассчитывается погрешность.

Часто в качестве нормирующего значения для приведенной погрешности принимают верхний предел измерения прибора. Для многих средств измерений по приведенной погрешности устанавливают класс точности прибора. Например, прибор класса 0,5 может иметь основную приведенную погрешность, не превышающую 0,5%.

Измерительные приборы могут быть следующих классов точности:

0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0.

Многопредельные приборы поверяют на одном, двух основных пределах, а на других в некоторых точках.

В результате поверки устанавливают приведенную погрешность и по ней класс точности прибора.

Амперметры магнитоэлектрической системы применяются для измерений токов в цепях постоянного напряжения. Магнитная цепь прибора состоит из постоянного магнита, полюсных наконечников, неподвижного цилиндра. В воздушном зазоре между поверхностями полюсных наконечников и цилиндра создается радиальное поле, которое в силу малости воздушного зазора можно считать равномерным. Рамка с обмоткой крепится на полуосях и может поворачиваться в зазоре.

В результате взаимодействия магнитного поля и тока обмотки создается вращающий момент, пропорциональный току:

 

Мвр.= Y I,

 

где Y_О - постоянная прибора, зависящая от числа витков и площади обмотки и от индукции в зазоре.

 

Противодействующий момент:

 

Мпр.= W a,

 

где W - удельный противодействующий момент пружины.

Уравнение шкалы прибора:

Y_О

a = ------- I = S_I I,

W

 

где SI - чувствительность прибора.

 

Магнитоэлектрические приборы работают только на постоянном токе. Они отличаются высокой чувствительностью, высокой точностью, равномерностью шкалы, выполняются в виде амперметров и вольтметров постоянного тока.

Внешний осмотр прибора

Перед поверкой следует произвести внешний осмотр прибора и убедиться в его исправности и отсутствии дефектов, которые могут привести к ошибкам в измерении или к дальнейшей порче прибора.

Прибор считается непригодным, если:

 

а) в корпусе имеются щели, через которые в приборе может
проникнуть пыль;

 

б) стекло непрочно укреплено или имеет трещину;

 

в) на шкале или на видимой части механизма имеется грязь;

 

г) потускнела или разбита зеркальная полоса для устранения
параллакса;

 

д) отсутствуют или расшатаны зажимы;

 

э) внутри прибора находятся посторонние предметы или от­соединившиеся части прибора, обнаруживаемые на слух при на­клоне прибора в разные стороны;

 

ж) шкала покороблена или отклеилась;

 

з) стрелка погнута;

 

и) корректор испорчен и не допускает регулировки нулевого положения стрелки и т. и.

 

Кроме того, необходимо ознакомиться с условными обозначе­ниями, наносимыми на шкалу прибора при его маркировке в со­ответствии с требованиями ГОСТа. К таким обозначениям отно­сятся: единица измеряемой величины (ампер, вольт, ватт и т. д.); класс прибора; род тока; система прибора; условное обозначение степени защищенности прибора от влияния внешних магнитных полей; условное обозначение рабочего положения прибора; услов­ное обозначение группы по условиям эксплуатации прибора; условное обозначение испытательного напряжения изоляции изме­рительной цепи по отношению к корпусу; номинальная температура, если она отличается от +20°С; номинальная частота, если она отличается от 50 Гц; товарный знак завода-изготовителя; завод­ское обозначение прибора; год выпуска и заводской номер прибора; ГОСТ, которому соответствует прибор.

 

1.4. Проведение опыта.

 

 

1.4.1. Соберите схему рис. 1.1.

 

 

Рис. 1.1.

 

мультиметр - контрольный амперметр,

А2 - поверяемый прибор.

 

1.4.2. Перед включением стенда установите переключатель ЛАТРа в начальное положение (10В).

1.4.3. Переменный резистор R13 установите на максимальное сопротивление.

1.4.4. Включите стенд тумблером «СЕТЬ», затем тумблер включения ЛАТРа (S7) и наконец тумблер питания цепей постоянного тока (S6).

1.4.5. Изменяйте переключателем ЛАТРа величину напряжения, (величина контролируется вольтметром V2) до получения величины измеряемого тока, дальнейшее увеличение тока осуществляется плавно с помощью переменного резистора R13.

 

Таблица 1.1.

	Опытные данные	Расчетные значения
N п/п	Iп,mA поверяемый	Ход вверх Iо1,mA	Ход вниз Iо2,mA	Среднее значение Io	Абс.погр D	относ.пог g0,%	поправка d

 

 

1.3.6. Сделайте необходимое для расчетов количество замеров при «ходе вверх» и далее «ходе вниз». Данные занести в Табл.1.1.

1.3.7. По окончании работы верните все аппараты в исходное состояние.

 

DUmax

g_Д = ------ 100%,

Uн

 

2.4.4. Построить график поправок D U = f(Uп). При построении графика на горизонтальной оси откладывают значения измеренной величины (показания Uп), на вертикальной оси значение поправки D U с учетом их знака. Полученные точки соединяют прямыми линиями.

2.5. Вопросы для самопроверки.

2.5.1. Что такое динамическая погрешность?

2.5.3. Расширение пределов измерения приборов применяемых в цепях постоянного

тока?

2.5.4. Расширение пределов измерения приборов применяемых в цепях переменного

тока?

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

 

Проведение опыта.

1.4.1. Запустите программу лабораторного практикума и выберите лаборатор­ную работу 3.4 «Измерение переменного электрического напряжения» в группе работ «Измерение электрических величин». На рабочем столе компьютера авто­матически появятся модель лабораторного стенда с моделями средств измерений и вспомогательных устройств (рис. 1.1) и окно созданного в среде МS Ехсеl

лабораторного журнала, который служит для формирования отчета по результатам выполнения лабораторной работы.

1.4.2. Ознакомьтесь с расположением моделей отдельных средств измерений и других устройств на рабочем столе.

1.4.3. Подготовьте модели к работе:

• включите электронные вольтметры с помощью тумблеров «СЕТЬ»;

• включите генератор сигналов и установите ручку регулятора выходного напряжения в крайнее левое положение (амплитуда выходного сигнала равна нулю);

• установите переключатель рода работы генератора сигналов в положение, соответствующее гармоническому напряжению;

• установите частоту сигнала на выходе генератора равной 20 Гц;

• включите осциллограф.

1.4.4. Опробуйте органы управления моделями и убедитесь в их работоспособности. В процессе опробования установите регулятор напряжения на выходе генератора в среднее положение и наблюдайте форму сигнала на экране осциллографа. Изменяя напряжение, частоту и форму сигнала на выходе генератора, а также диапазон измерений вольтметров, проследите за изменением изображе­ния на экране осциллографа и изменениями показаний вольтметров.

1.4.5. Приготовьте к работе проверенный на отсутствие вирусов мобильный но­ситель информации и подключите его к компьютеру.

1.4.6. Приступите к выполнению лабораторной работы.

 

Задание 1. Исследование частотных характеристик вольтметров переменного тока.

Используя осциллограф в качестве индикатора, определите в диапазоне частот от 20 Гц до 100 кГц зависимость показаний электромагнитного, электродинамического и электронного вольтметров (тип электронного вольтметра выбирается по своему усмотрению) от частоты измеряемого переменного напряжения.

а. Установите на выходе генератора сигналов гармоническое напряжение частотой 20 Гц.

Ь. Отрегулируйте амплитуду сигнала на выходе генератора так, чтобы показа­ния вольтметров оказались в последней трети шкалы диапазона 3 В, а стрелка электродинамического вольтметра остановилась напротив оцифрованного деле­ния шкалы.

с. Снимите показания вольтметров.

d. Занесите в табл. 1.2. показания вольтметров и частоту исследуемого сигнала, а также сведения о классе точности вольтметров.

е. Выполните измерения в соответствии с пп. b-d, оставляя неизменной амп­литуду и форму выходного напряжения генератора и последовательно устанав­ливая частоту сигнала равной 50 Гц, 400 Гц, 3 кГц, 1 кГц, 2 кГц, 3 кГц, 5 кГц, 5 кГц, 7 кГц, 10 кГц, 12 кГц, 15 кГц, 20 кГц и далее с шагом 10 кГц до 100 кГц. При выполнении задания тщательно следите за показаниями осциллографа (ампли­туда измеряемого напряжения должна оставаться неизменной). В случае изме­нения амплитуды возвратите ее (ориентируясь на показания осциллографа) к исходному значению, используя регулятор выходного напряжения генератора сигналов.

 

Табл.1.2.Результаты определения частотных характеристик электромагнитного вольтметра класса точности _____(предел шкалы ______), электродинамического вольтметра класса точности _____ (предел шкалы _______), электронного вольтметра ______ значения класса точности _____ (предел шкалы _______)

Частота сигнала, Гц(кГц)	Показания вольтметров, В
электромагнитный	электродинамический	электронный___ значения
20 Гц
50 Гц
400 Гц
1 кГц
2 кГц
3 кГц
5 кГц
7 кГц
10 кГц
12 кГц
15 кГц
20 кГц
30 кГц
40 кГц
50 кГц
60 кГц
70 кГц
80 кГц
90 кГц
100 кГц

 

 

Задание 2. Исследование зависимости показаний электромагнитного, электродинамического и электронных вольтметров от формы измеряемого напряжения

a. Установите на выходе генератора сигналов гармоническое напряжение часто­той от 50 Гц до 100 Гц.

Ь. Установите амплитуду выходного напряжения генератора такой, чтобы по­казания вольтметров оказались в последней трети шкалы диапазона 3 В, а стрелка электродинамического вольтметра остановилась напротив оцифрованного деле­ния шкалы.

с. Зарисуйте осциллограмму исследуемого напряжения.

d. Снимите показания вольтметров.

е. Занесите в табл. 1.3. показания вольтметров, сведения о частоте и форме иссле­дуемого сигнала, а также сведения о классе точности вольтметров.

1.4.7. Оставляя неизменной амплитуду (контроль производится с помощью ос­циллографа) и частоту выходного напряжения генератора, выполните измерения согласно пп. а-е, последовательно устанавливая на выходе генератора прямо­угольную (меандр) и треугольную формы напряжения.

 

Табл.1.3. Исследование зависимости показаний вольтметров различных систем от формы измеряемого переменного напряжения на частоте ___ Гц

Форма измеряемого напряжения	Показания вольтметров, В
электромагнитный	Электронный среднеквадратического значения с амплитудным детектором	Электронный среднеквадратического значения	электронный средневыпрямленного значения
Синусоидальная
Меандр
Треугольная

 

1.4.8. Сохраните результаты.

1.4.9. После сохранения результатов закройте приложение LabVIEW и, при необходимости, выключите компьютер.

 

Вопросы для самопроверки.

 

1.6.1. Какими параметрами, подлежащими измерению, характеризуется переменное напряжение?

1.6.2. Что такое среднеквадратическое, среднее и средневыпрямленное значения пе­ременного напряжения?

1.6.3. Какими вольтметрами измеряется среднеквадратическое значение переменно­го напряжения? Какие из них наиболее точны и почему?

1.6.4. Какими вольтметрами измеряется средневыпрямленное значение переменно­го напряжения?

1.6.5.Нужно измерить постоянную составляющую переменного напряжения. Какое средство измерений вы выберите?

1.6.6. В каком диапазоне частот можно измерять гармоническое напряжение? Какие вольтметры могут служить образцовыми на низких, средних и высоких частотах?

1.6.7.Имеется выпрямительный вольтметр класса 1,0 со шкалой 100 делений, проградуированный в действующих значениях гармонического напряжения. В каком диапазоне может изменяться коэффициент формы и/или амплитуды измеряемого напряжения, чтобы величиной этого изменения можно было пренебречь?

1.6.8.Чем определяется зависимость показаний вольтметров различного типа от частоты измеряемого напряжения?

1.6.9.Опишите принцип работы и устройство электромеханических вольтметров переменного тока. Чем определяется погрешность этих приборов?

1.6.10.Опишите принцип работы и устройство электронных вольтметров переменно­го тока(амплитудного, средневыпрямленного значения, среднеквадратического значения).

1.6.11. Как зависят показания исследуемых вольтметров от формы измеряемого напряжения?

1.6.12. Почему при измерениях необходимо, чтобы стрелка прибора находилась в последней трети шкалы?

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

Цель работы

Ознакомление с компенсационным методом измерения постоянного напряже­ния. Получение сведений о погрешностях измерения напряжения компенсацион­ным методом. Знакомство с компенсаторами (потенциометрами) постоянного тока.

 

2. Сведения, необходимые для выполнения работы

Повторите вопросы обработки и представления результатов прямых и косвенных измерений, а также вопросы классификации измерений по методу их выполнения и, используя рекомендованную литературу, настоящее описание и приложение 1 к лабораторным работам, ознакомьтесь со следующими вопросами:

• Методы измерения ЭДС и малых постоянных напряжений.
• Причины возникновения и способы учета погрешностей при измерении ЭДС и малых постоянных напряжений.
• Устройство, принцип действия и основные характеристики компенсаторов (потенциометров) постоянного тока.
• Устройство, принцип действия и основные характеристики цифровых вольтметров.
• Устройство, принцип действия и основные характеристики меры ЭДС.
• Устройство, принцип действия и основные характеристики магазина сопротивлений.
• Устройство, принцип действия и основные характеристики делителя по­стоянного напряжения.
• Содержание и способы реализации методов измерения, используемых при выполнении работы.
• Устройство и характеристики средств измерений, используемых при выполнении работы.

При измерении малых постоянных напряжений (менее 10 мВ) можно воспользоваться как методом непосредственной оценки, так и методом сравнения с мерой.

При повышенных требованиях к точности измерений (относительная погрешность измерений менее 10-4) используются или компенсаторы (потенциометры) постоянного тока, или интегрирующие цифровые вольтметры высокого класса точности.

Высокоточные цифровые вольтметры, подходящие для этого случая, сущест­венно дороже аналогичных по точности потенциометров. Поэтому, если в лабора­торных условиях необходимо измерить малое постоянное напряжение с высокой точностью, удобно использовать компенсаторы (потенциометры) постоянного тока.

Компенсаторы (потенциометры) постоянного тока предназначены для изме­рения методом сравнения с мерой ЭДС, напряжения и величин, функционально с ними связанных. Существуют несколько способов (методов) практической реа­лизации метода сравнения с мерой, и все они обеспечивают весьма высокую точ­ность измерений.

При использовании компенсатора (потенциометра) реализуется разновид­ность метода сравнения, известная как нулевой метод измерений. При использо­вании этого метода измеряемая величина одновременно или периодически срав­нивается с мерой, и результирующий эффект воздействия этих величин на устройство сравнения доводится до нуля. Очевидно, что используемая в нулевом методе мера должна быть изменяемой (регулируемой), а погрешность метода -тем меньше, чем выше чувствительность устройства сравнения. Из сказанного ясно, почему нулевой метод известен также под названием компенсационного метода измерений, а соответствующие средства измерений называются компенса­торами. В измерительной технике компенсаторы, служащие для измерения по­стоянного напряжения, известны также под названием потенциометров, это по­следнее наименование мы и будем дальше использовать.

При выполнении измерений с помощью потенциометра измеряемая величина сравнивается с мерой, в качестве которой выступает образцовое компенсирующее напряжение, создаваемое регулируемым источником образцового напряжения (ИОН). В электрической схеме этот источник включается встречно с источником измеряемого напряжения, который характеризуется напряжением холостого хода Ux и внутренним сопротивлением Rвн (рис. 3.3.1). В качестве устройства сравнения (нуль-индикатора) служит гальванометр, обладающий высокой чув­ствительностью. Значение напряжения па выходе ИОН (компенсирующего на­пряжения) Uком изменяется в процессе измерений до тех пор, пока Uком не уравновесит Ux.

Рис. 1. Схема, поясняющая принцип работы потенциометра

При выполнении соотношения

(3.3.1)

ток через нуль-индикатор (НИ) не проходит. В этот момент и снимаются показа­ния потенциометра.

С одной стороны, напряжение на выходе ИОН известно с высокой точностью, с другой - вследствие высокой чувствительности гальванометра точность, с кото­рой выполняется равенство (3.3.1), тоже велика, поэтому результат измерений также получается с высокой точностью.

У потенциометра есть еще одно уникальное свойство. В момент снятия резуль­татов измерений ток через источник напряжения не протекает, следовательно, падение напряжения на его внутреннем сопротивлении Rвн отсутствует и напря­жение, измеряемое на его зажимах, совпадает с напряжением холостого хода источника. Таким образом, при использовании потенциометра методическая погрешность измерений, обусловленная влиянием входного сопротивления сред­ства измерений, практически сведена к нулю, и с помощью потенциометра можно выполнять прямые измерения не только величины падения напряжения, но и ЭДС источника. Выпускаемые промышленностью потенциометры постоянного тока обычно имеют класс точности в пределах от 0,0005 до 0,5.

Потенциометрам постоянного тока присущи и недостатки. Во-первых, макси­мальное значение измеряемого напряжения на входных клеммах прибора не мо­жет превышать 1,5-2 В, во-вторых, процесс измерений с помощью этих приборов весьма трудоемок.

Для того чтобы расширить пределы измерений потенциометров, используют делители напряжения. В этом случае измеряемое напряжение Ux подается на вход делителя, а к его выходу подключается потенциометр (рис. 3.3.2).

Основными характеристиками делителя напряжения являются номиналь­ное значение коэффициента деления К и погрешность воспроизведения этого значения.

Рис. 2. Схема подключения потенциометра

для расширения пределов измерения

Для удобства измерений номинальное значение коэффициента деления К выбирается из ряда 10n, где n - 0,1,2 и т. д.

Значение коэффициента деления связано с сопротивлениями верхнего R1 и нижнего R2 плеч делителя соотношением:

(3.3.2)

При использовании делителя от источника измеряемого напряжения потребляется некоторая мощность, так как через делитель протекает ток. Следователь­но, теряется одно из основных преимуществ компенсационного метода измере­ний. Чтобы свести эти потери к минимуму, общее сопротивление делителя R1+R2 должно быть намного больше, чем внутреннее сопротивление источника изме­ряемого напряжения Rвн. Использование делителя приводит и к изменению вида и.«морений. Измерения, выполняемые с помощью потенциометра, являются пря­мыми. Использование делителя приводит к тому, что измерения становятся кос­венными. Зависимость между измеряемой величиной Ux, и показаниями потенциометра Uпот имеет вид:

(3.3.3)

Как правило,R2<<R1, поэтому погрешность косвенных измерений в рассмат­риваемом случае можно оценить по формуле

(3.3.4)

где ∆Uпот/Uпот - предел относительной погрешности потенциометра, определяе­мый по его классу точности, а ∆R1/R1 - предел относительной погрешности воспроизведения номинального значения сопротивления верхнего плеча делителя.

Разработаны несколько типовых электрических схем потенциометров посто­янного тока. Одна из таких схем (упрощенная) приведена на рис. 3.3.3. Модель потенциометра, которая используется в работе, имеет аналогичную электриче­скую схему.

Рис. 3. Электрическая схема потенциометра постоянного тока

В рассматриваемом потенциометре компенсирующее напряжение образуется за счет сложения падений напряжения, возникающих при протекании рабочего тока Iр1 через измерительные сопротивления R2 и R4, первого контура и рабочего тока Iр2 через измерительные сопротивления R6 и R8 второго контура. Рабочие токи созда­ются с помощью высокостабильных вспомогательных источников питания Б2 и Б3. Значения величин рабочих токов регулируются с помощью регулировочного резистора R1 в первом и регулировочного резистора R5 во втором контуре. Регу­лировку выполняют до тех пор, пока падение напряжения, возникающее при про­текании рабочих токов через установочные сопротивления R3 и R7, не станет рав­ным ЭДС нормального элемента. Гальванометр (Г), который служит в качестве индикатора нуля, включается в цепь первого контура с помощью кнопки ▲1, а в цепь второго - с помощью кнопки ▲2. При измерении неизвестного напряжения Ux, гальванометр включается кнопкой ВЗ.

Высокая точность воспроизведения ЭДС нормального элемента, высокая точность и температурная стабильность используемых резисторов, высокая стабильность вспомогательных источников питания способствуют достижению высокой точности измерений.

Задание 1. Выполнение измерений постоянного напряжения методом компенсации

а. Измерьте с помощью потенциометра напряжение на выходе УИП:

• установите на выходе УИП напряжение в пределах 1-2 В;
• поверьте (см. и. 4.6 настоящей работы) правильность установки рабочего тока потенциометра;
• с помощью кнопки переведите потенциометр в режим измерения;
• добейтесь компенсации измеряемого напряжения компенсирующим на­пряжением, для чего:

- нажните кнопку (грубо) и, вращая ручки декадных переключателей «х10 Ом(мВ)» и «х1 Ом(мВ)», установите стрелку гальванометра на нуль;

- нажмите кнопку (точно) и, вращая ручки декадных переключателей «х0,1 Ом(мВ)» и «х0,01 Ом(мВ)», опять установите стрелку гальвано­метра на нуль;

• снимите показания потенциометра (значение измеренного напряжения в милливольтах будет равно сумме показаний декад регулировочного со­противления потенциометра);
• напишите в отчет показания потенциометра, сведения о классе точности потенциометра и магазина сопротивлений, установленные значения сопро­тивления плеч делителя.

4.10. Не меняя сопротивлений плеч делителя, повторите при пяти различных положениях регулятора выходного напряжения УИП измерения в соответствии с п. а. При выборе положения регулятора следите за тем, чтобы индикатор УИП показывал не более 10 В.

4.11. Сохраните результаты.

4.12. После сохранения результатов закройте приложение LabVIEW и, при не­обходимости, выключите компьютер.

 

Оформление отчета

Отчет должен содержать:

• сведения о цели и порядке выполнения работы;
• сведения об использованных методах измерений;
• сведения о характеристиках использованных средств измерений;
• необходимые электрические схемы;
• данные расчетов, проводившихся при выполнении соответствующих пунк­тов задания;
• экспериментальные данные;
• полностью заполненные таблицы отчета (см. табл. 3.3.1), а также примеры расчетов, выполнявшихся при заполнении таблиц;
• графики зависимости абсолютной и относительной погрешности измере­ний от значения измеряемого напряжения;
• анализ полученных данных и вывод об особенностях и качестве проведен­ных измерений и по результатам проделанной работы.

 

 

Таблица 3.3.1. Результаты измерения постоянного напряжения с помощью потенциометра (класс_) и делителя с коэффициентом деления 1:100

Показания потенциометра, мВ	Абсолютная погрешность	Относительная погрешность, %	Погрешность измерений	Результат измерений, мВ
потенциометра, мкВ	коэфф. деления	потенциометра	коэфф. деления	абсолютная, мкВ	относительная, %