Методические указания к выполнению лабораторных работ по теоретической электротехнике Часть (стр. 2 из 9)

Расположение катушек, реостатов, магазинов сопротивлений, проводов на рабочем столе должно соответствовать схеме, быть наглядным, по возможности “незапутанным”, удобным для работы. На стационарном зажиме не рекомендуется соединять более двух проводов, иначе крепление не будет надёжным.

При сборке схемы и во время выполнения работы необходимо следить за надёжностью контактов в местах соединений и исправным состоянием цепи в целом. Несоблюдение этих условий может исказить результаты измерений или привести к порче приборов.

Сведения об электроизмерительных приборах

В лабораториях ТОЭ используются в основном стрелочные измерительные приборы магнитоэлектрической, электромагнитной, электродинамической, электростатической систем и комбинированные электронные приборы.

Приборы магнитоэлектрической системы с подвижной рамкой (а) и с подвижным магнитом (б) без диода измеряют постоянную составляющую тока или напряжения. Приборы с диодом (в) измеряют среднее по модулю значение функции, например тока или напряжения в цепях с выпрямителями. Это приборы постоянного тока. Вольтметры такой системы обладают достаточно большим собственным сопротивлением. Чтобы обеспечить высокую чувствительность прибора, токоподводы к подвижной катушке, по которой протекает измеряемый ток, выполняют очень легкими и тонкими. Это оборачивается недостатком такой системы – у приборов малая перегрузочная способность, легко перегорают токоподводы.

В приборах электромагнитной системы (г) измерительная катушка неподвижна и может быть выполнена более толстым проводом, поэтому эти приборы могут выдерживать большие перегрузки. Но зато они имеют невысокий класс точности. Вольтметры электромагнитной системы имеют сравнительно меньшее входное сопротивление, при измерении напряжения на высокоомной нагрузке дают большую погрешность, несколько искажая ток в исследуемой нагрузке. Приборы электромагнитной системы измеряют действующее значение величины и применяются как на постоянном, так и на переменном токе.

Приборы электродинамической системы (д) имеют более массивную непод-вижную катушку, внутри которой на одной оси с указательной стрелкой расположена лёгкая подвижная катушка. Катушки соединяются либо последовательно, либо параллельно. Работа прибора основана на электродинамическом взаимодействии токов катушек. Приборы электродинамической системы обладают высокой точностью, пригодны для измерений на постоянном и переменном токе. Но они чувствительны к перегрузкам и к влиянию внешних магнитных полей. В приборах ферродинамической системы (е) для усиления взаимодействия токов катушек используется магнитопровод. Это делает приборы менее чувствительными к внешним полям, но снижает их точность.

На принципе электродинамичес-кого взаимодействия токов двух катушек построены и ваттметры - приборы для измерения мощности в цепях постоянного и переменного тока. Неподвижная катушка выполняется проводом большого сечения, имеет малое сопротивление и включается в цепь последовательно. Это токовая обмотка ваттметра. Подвижная катушка или обмотка напряжения ваттметра выполняется проводом малого сечения, обычно рассчитана на ток 30 мА и соединена с добавочным сопротивлением. Обмотка присоединяется параллельно приёмникам энергии. Изменение направления тока в любой из катушек вызывает изменение направления вращающего момента, действующего на подвижную катушку. Поэтому начала обмоток всегда помечают звёздочками. В лабораториях ТОЭ используются ваттметры типа АСТ-Д с номинальным током 5 А и номинальным напряжением 150 В. Класс точности такого ваттметра - 0,5. Шкала прибора имеет 150 делений. Цена деления прибора (или как говорят: постоянная ваттметра) определяется перемножением пределов тока и напряжения и делением на число делений шкалы:

С_w =

= 5 Вт/дел.

Электростатическая система (ж). Измерительный механизм приборов та- кой системы /вольтметры/ содержат две неподвижные пластинки и одну подвижную, которая имеет форму сегмента и под действием сил электрического поля входит между неподвижными пластинками. Собственное потребление прибора на постоянном токе практически равно нулю, а на переменном токе определяется величиной ёмкости устройства, которая совсем невелика, порядка 4-10 пФ. Это значит, что прибор обладает очень большим входным сопротивлением. Приборы электростатической системы обычно выполняются со световым отсчётом и пригодны для измерений на постоянном и переменном токах частотой от 20 Гц до 10 МГц.

Комбинированные электронные приборы, например типа Щ-4300, предназ-начены для измерения постоянных и синусоидальных переменных токов и напряжений, а также для измерения сопротивлений. Об их принципе работы и точности измерений можно прочитать в инструкции к прибору.

Электронный осциллограф – предназначен главным образом для наблюдения формы кривой напряжения, но может быть применён и для измерения различных электрических величин: тока, напряжения, частоты, сдвига фаз и т.д. Основной частью осциллографа является электронно-лучевая трубка. Для управления лучом в вертикальной и горизонтальной плоскостях имеются две пары отклоняющих пластин. На Х- пластины от внутреннего генератора подаётся пилообразное напряжение, чем обеспечивается периодическая “развёртка” изображения по горизонтали. Исследуемый сигнал подаётся на У- пластины. Чтобы не вывести прибор из строя, исследуемые напряжения величиной более 42В необходимо подавать через подводящий шнур с делителем напряжения. В лабораториях ТОЭ используются различные типы осциллографов, поэтому назначение регулирующих рукояток и правильная работа с прибором будут пояснены в лаборатории.

Условные обозначения на шкалах приборов

Согласно ГОСТам на электроизмерительных приборах должны быть указаны наименование и тип прибора и нанесены условные обозначения:

- рода тока, типа измерительной системы и класса точности прибора;

- напряжения, которым испытана изоляция прибора;

- вида и категории защиты от влияния внешних полей,

- рабочего положения, заводского номера и года выпуска прибора.

Основные из этих условных обозначений приведены на рис.3. Более полный набор условных обозначений приводится в учебниках по метрологии, например: Основы метрологии и электрические измерения/ Под ред. Е.М.Душина.- Л., Энергоатомиздат, 1987.

Класс точности прибора, погрешности измерений

Любые измерения связаны с погрешностями. Различают абсолютную Δ, относительную γ_о и приведенную γ_п погрешности, которые определяются по формулам:

Δ=х_и-х; γ_о=

γп

где: х_и – измеренное значение искомой величины;

х – её истинное значение;

х_н – нормативное значение искомой величины («вся шкала» прибора).

Указанный на приборе класс точности /0,05 ÷ 4,0/ означает приведенную погрешность прибора, т.е. абсолютную погрешность, выраженную в процентах от предела измерения прибора. Допустим, амперметр на ток 5А имеет класс точности 0,5. Это значит, что токи будут измеряться с абсолютной погрешностью

γ = 5∙0.5/100 = 0.025 А = 25 мА .

При выполнении работы прибор надо выбирать так, чтобы измеряемые величины тока или напряжения приходились на область от 25 % до 100 % шкалы прибора. Если же, например, амперметром на 5 А будет измеряться ток 0,4 А, то относительная погрешность измерения уже составит:

= 6,25 %.

При отсчёте показания по прибору со стрелочным указателем глаз наблюдателя должен располагаться в плоскости перпендикулярной к плоскости шкалы. Если прибор имеет зеркальную шкалу, конец стрелки прибора должен совпадать с её отражением в зеркале.

При измерениях полезно заранее оценить цену деления прибора, чтобы затем хорошо ориентироваться “на глаз”, чему будет равна половина, треть или четверть деления шкалы в амперах, миллиамперах или вольтах.

При измерениях электронными приборами Щ-4300, особенно на малых пределах, их показания зачастую колеблются. В таких случаях следует либо перейти на больший предел измерения, либо записать показание с имеющимся разбросом. Результаты измерений желательно записывать с одинаковым количеством десятичных знаков.

В случаях снятия каких-либо зависимостей или, например, при определении сопротивления элемента методом амперметра-вольтметра, считывать показания с приборов необходимо строго одновременно. Это поможет избежать ошибки от колебания подаваемого напряжения. При получении явно сомнительных результатов измерения следует повторить.

Чтобы получить ясную картину исследуемого явления и выбрать пределы измерения тока или напряжения, рекомендуется вначале выполнить опыт, не производя никаких записей.

Графическое изображение результатов исследования

В большинстве случаев результаты исследования удобно представить в графическом виде, потому что это будет компактнее и нагляднее таблиц, особенно для сравнения нескольких зависимостей. Исследуемые в электротехнике величины, как правило, изменяются непрерывно и плавно, без изломов или скачков. Графические построения, сглаживая разброс в результатах измерений, помогают ещё и приблизиться к истинной зависимости величин.