Методические указания по выполнению лабораторной работы №3 по курсу “Основы измерительной техники” для студентов электротехнических специальностей всех форм обучения (стр. 1 из 3)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

УТВЕРЖДАЮ: Декан ЭФФ

_________ Евтушенко Г.С.

"__ __"____________ 2009г.

Масштабные измерительныепреобразователи

(шунты и добавочные сопротивления)

Методические указания

по выполнению лабораторной работы №3

по курсу “Основы измерительной техники”

для студентов электротехнических

специальностей всех форм обучения

ТОМСК 2009

УДК 621.317.76

Масштабные измерительные преобразователи (шунты и добавочные сопротивления.

Методические указания по подготовке и выполнению лабораторной работы 3 для студентов электротехнических специальностей всех форм обучения.

-Томск: изд. ТПУ. 2009. - 11с.

Составители: В.Ф.Вотяков, А.М.Нестеров

Рецензент: доцент, к.т.н. Д.В. Миляев

Методические указания рассмотрены и рекомендованы к изданию методическим семинаром кафедры информационно-измерительной техники

"05" февраля 2009 г.

Зав. кафедрой, профессор, д.т.н.

Гольдштейн А.Е.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3

ИЗМЕРЕНИЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ

введение

Диапазон значений напряжения и силы тока, измеряемых в современной практике, довольно широк:

В и А.

При выборе методов и средств измерения следует учитывать не только диапазон измеряемых значений напряжений или силы тока, но и мощность цепи, в которой осуществляется измерение. Учет всех факторов, влияющих на процесс измерения, позволяет существенно уменьшить т.н. методическую погрешность измерения.

Для измерения наиболее часто встречающихся значений напряжений и токов -

В и А соответственно-применяют магнитоэлектрические вольтметры и амперметры, цифровые приборы, электронные вольтметры, компенсаторы постоянного тока и ряд других приборов.

В данной лабораторной работе рассматриваются методы измерения напряжений и токов с помощью приборов, основу которых составляют магнитоэлектрические измерительные механизмы. Исследуются способы расширения пределов измерения по току и напряжению.

Работа рассчитана на 2 часа.

1. приборы и оборудование

1.1. Вольтамперметр М2044 (М2038)

1.2. Мультиметр цифровой АРРА-109N

1.3. Источник питания постоянного тока GPS-4251 (ИППТ)

1.4. Магазин сопротивлений Р33

1.5. Лабораторный макет

2. цель работы

Изучение принципа действия и области применения магнитоэлектрических измерительных механизмов. Научиться с помощью дополнительных электрических схем конструировать на базе магнитоэлектрического механизма амперметры и вольтметры.

3. программа работы

3.1. Изучить принцип действия магнитоэлектрического механизма, способы расширения пределов измерения по току и напряжению.

3.2. Изучить устройство лабораторного макета, назначение и параметры находящихся в нем компонентов.

3.3. Определить основные параметры предложенного магнитоэлектрического механизма, для чего измерить ток полного отклонения, напряжение полного отклонения, сопротивление рамки механизма.

3.4. Рассчитать и собрать схему миллиамперметра с пределами измерения 0.5 и 1.0 мА или на другой предел измерения, предложенный преподавателем.

3.5. Измерить пять различных значений тока на новом пределе измерения. Оценить погрешности измерения.

3.6. Оценить влияние внутреннего сопротивления микроамперметра на результат измерения ( методическая погрешность ).

3.7. Рассчитать и собрать схему вольтметра с пределами измерения 1.0 и 5.0 В или на другой предел измерения, предложенный преподавателем.

3.8. Измерить пять значений напряжений на новом пределе измерения. Оценить погрешность измерения.

3.9. Оценить влияние внутреннего сопротивления вольтметра на результат измерения ( методическая погрешность ).

4. домашнее задание

Изучить принцип действия магнитоэлектрических измерительных механизмов, их основные достоинства и недостатки. Рассмотреть, в каких приборах находят применение магнитоэлектрические механизмы. Разобраться, как с помощью дополнительных электрических цепей (шунтов, добавочных резисторов ) можно один и тот же измерительный механизм использовать в качестве амперметра или вольтметра.

5. краткие пояснения к работе

Магнитоэлектрические приборы в основе своей состоят из магнитоэлектрического измерительного механизма, в сочетании с которым измерительная цепь и отсчетное устройство определяют этому прибору конкретное назначение. Этими приборами измеряют токи и напряжения (амперметры и вольтметры), сопротивления (омметры), количества электричества (кулонметры). Особое их применение- в качестве т.н. нуль-индикаторов , приборов с высокой чувствительностью к току или напряжению, для оценки наличия или отсутствия тока или напряжения на определенном участке электрической цепи.

Амперметры, вольтметры или омметры принципиально отличаются друг от друга только измерительной цепью. Измерительный механизм при этом может быть одним и тем же. Все это является важной предпосылкой для создания универсальных приборов.

Работа магнитоэлектрических механизмов основана на взаимодействии магнитного потока постоянного магнита и тока, проходящего по катушке (рамке). Возникающий при этом вращающий момент отклоняет подвижную часть механизма относительно неподвижной.

Угол отклонения подвижной части измерительного механизма определяется его конструктивными и электромагнитными параметрами и током I, протекающим по рамке

,

где

- угол отклонения подвижной части,

-индукция магнитного поля в зазоре постоянного магнита,

-число витков катушки(рамки),

-удельный противодействующий момент (жесткость) упругого элемента измерительного механизма,

- площадь рамки.

Рамка наматывается, как правило, тонким медным проводом с большим числом витков и имеет собственное сопротивление от нескольких десятков Ом до нескольких десятков кОм. Чтобы создать номинальный ток (ток максимального отклонения), необходимо к рамке приложить напряжение

,

где

-сопротивление рамки измерительного механизма.

Таким образом, собственно измерительный механизм может использоваться как для измерения токов, так и напряжений. Например, микроамперметр с пределами измерения по току 0100 мкА и внутренним сопротивлением 1 кОм может использоваться и как вольтметр с пределами измерений 0100 мВ.

В магнитиоэлектрических амперметрах рамка измерительного механизма включается либо в цепь измеряемого тока непосредственно, либо с помощью шунта. Непосредственное включение механизма в токовую цепь допустимо при измерении относительно небольших токов ( не более 20 мА) ввиду малой перегрузочной способности токоподводов и рамки измерительного механизма.

При измерениях больших токов применяют шунты (резисторы, включаемые параллельно рамке измерительного механизма), которые позволяют снизить ток через рамку измерительного механизма, по сравнению с измеряемым током, в требуемое число раз.

Схема включения измерительного механизма в сочетании с шунтом показана на рис.1.

Шунты изготавливают из материала с высоким удельным сопротивлением -манганина, что позволяет существенно уменьшить их габаритные размеры. В амперметрах на небольшие токи(до 30А) шунты размещены непосредственно в корпусе при Рис.1 бора(встроенные шунты). Для измерения больших токов(до 10000А) применяют наружные шунты.

При расширении предела измерения сопротивление шунта выбирают из соотношения

, где -коэффициент шунтирования, и -соответственно измеряемый ток и ток через рамку измерительного механизма.

В магнитоэлектрических вольтметрах, для расширения их пределов измерения по напряжению, измерительный механизм включается в цепь вместе с добавочным резистором. Подбором соотношения их сопротивлений можно расширить предел измерения в требуемое количество раз.