Курсовий проект - Вимірювання сили струму і напруги в електричних приладах

n1.doc (1 стор.)
n2.doc (1 стор.)
n3.doc (1 стор.)
n4.doc (1 стор.)
n5.doc (3 стор.)
Оригінал


  1   2   3

Багато типів ЕІП, особливо електромеханічні ЕІП, не досконалі і їх параметри не ідеальні. Так, для амперметрів внутрішній опір R а не дорівнює нулю, тому падіння напруги D U а на ньому також не дорівнює нулю. Для вольтметрів I вх 0 так як R вх ¥. Підключення таких приладів в електричний ланцюг неминуче спотворює її параметри, що при необхідності треба враховувати.

Як відомо з курсу ТОЕ, будь-яка складна розгалужена електричний ланцюг щодо будь-якого елемента R i може бути замінена «еквівалентним генератором», що складається з джерела ЕРС Е i з внутрішнім опором r вн.

Традиційними в електротехніці і електроніці є вимірювання струму, напруги, опору та потужності.
Схема вимірювання струму в будь-якому елементі ланцюга зводиться до вигляду:
Рис. 1.1. Схема вимірювання струму
Схема вимірювання напруги має вигляд:


Рис. 1.2 Схема вимірювання напруги
Схема вимірювання опору та потужності непрямим методом може мати два варіанти (рис. 1.3).

Тут у схемах рис. 1.1-1.3 замість істинних, але недоступних нашому сприйняттю, значень струму і падіння напруги на навантаженні , А також опору навантаження і потужності навантаження (Визначаються з розрахунків для схеми а) на рис. 1.3) ми оперуємо виміряними за допомогою ЕІП, але не тотожними істинним, даними, які ми називаємо результатами вимірювань.


Рис. 1.3. Схеми вимірювання опору та потужності непрямим методом.
Так, у схемі вимірювання струму (рис. 1.1) в якості струму в навантаженні буде вказано виміряне значення струму

Аналогічно в схемі вимірювання напруги в якості падіння напруги на навантаженні буде вказано значення виміряного напруги

.
У схемі б) рис. 1.3 за струм у навантаженні приймається струм амперметра , Причому

.

Потужність в навантаженні, визначена за показаннями амперметра і вольтметра, .


Опір навантаження, визначене за показаннями приладів, дорівнюватиме .

Аналогічно в схемі в) рис. 1.3 за падіння напруги на навантаженні приймаються показання вольтметра, , А за струм у навантаженні приймаються свідчення амперметра , Причому .



.
Таким чином, значення виміряних потужності і опору, певні непрямим методом за показаннями амперметра і вольтметра, не будуть рівні істинним значенням: (Для обох схем вимірювання рис. 1.3) і (Для схеми б) рис. 1.3) і

(Для схеми в) рис. 1.3).

У зв'язку з цим неминуче виникають методичні похибки вимірювання основних параметрів електричних ланцюгів (таких як струм, напруга, опір і потужність), формально визначаються із загального вираження:

(1.1)

Незалежно від модифікації вимірювальних схем рис. 1.1 - 1.3 принцип визначення методичних похибок від цього не змінюється. Знання методичних похибок вимірювання дозволяє при необхідності виключити її, тобто перейти від виміряних значень до істинним, або усвідомлено прийняти результати вимірювання за істинні значення параметрів не виключаючи методичну похибку із результатів виміру, якщо величиною методичної похибки, з точки зору експериментатора, можна знехтувати.

Методичні похибки не завжди вдається визначити розрахунковим шляхом, як це було зроблено вище. У цих випадках за істинне значення вимірюваної величини доводиться приймати результати вимірювання. Однак, якщо є можливість визначити методичні похибки (або хоча б частина їх них), то тоді можна перейти від результатів вимірювання до дійсних (або наближеним до них на величину виключених методичних похибок) значенням параметрів, причому величина методичних похибок принципового значення не має, лише б вона була відома. Як відомо з теорії ймовірностей, виключення методичної похибки з результатів вимірювань дозволяє або підвищити довірчу ймовірність при незмінному довірчому інтервалі, або зменшити довірчий інтервал при незмінній довірчої ймовірності, що в будь-якому випадку підвищує якість вимірювання.

Справжнє завдання присвячено визначенню методичних і приладових похибок прямих вимірювань двох основних параметрів електричного кола: струму і напруги. Питання визначення методичних і приладових похибок непрямих вимірювання опору та потужності розглянуті нижче, у «Розрахунковому завданні 4» даного курсового проекту за допомогою пакета схемотехнічного моделювання ELECTRONICS WORKBENCH 5.0.

Все вищесказане і певне щодо розрахунку методичних похибок при вимірюванні основних параметрів електричних ланцюгів постійного струму справедливо і прийнятно в повній мірі до вимірювань параметрів на змінному струмі. Однак сигнали змінного струму характеризуються деякими додатковими параметрами, такими як (розглянемо їх на прикладі напруги):

1) середнє значення за період , Де u (t)-миттєве значення напруги.

Оскільки для будь-яких симетричних періодичних сигналів U ср = 0, то для їх характеристики вводять поняття средневипрямленного значення (СВЗ) .

2) середньоквадратичне (або чинне, чи ефективне) значення за період .

Фізичний сенс СКЗ напруги: - це те значення величини постійної напруги, прийнятого за чинне або ефективне значення напруги змінного сигналу, яке на активному навантаженні викликає той же тепловий ефект, що і даний змінний сигнал.

3) - амплітудне (або максимальне) значення змінного сигналу .

4) - коефіцієнт форми сигналу
Так для синусоїди ці додаткові параметри зв'язані між собою наступними співвідношеннями:

; ; = 1.11.

У відповідність з цим по вимірюваному параметру ЕІП змінного струму бувають СКЗ, СВЗ і пікові (амплітудні) із закритим або відкритим входом.

Відомо також, що показання майже всіх типів електромеханічних ЕІП (електромагнітної (ЕМ), електродинамічної (ЕД), ферродинамический (ФД), електростатичної (ЕС), термоелектричної систем (ТЕП)), крім ЕІП магнітоелектричної (МЕ) системи, а також електронних приладів з СКЗ перетворювачами пропорційні СКЗ вимірюваної величини (струму або напруги) при будь-якій формі сигналу.

ЕІП магнітоелектричної системи мають високу чутливість і малим власним споживанням. Тому вони широко використовуються в поєднанні з різними перетворювачами для створення приладів змінного струму (наприклад, випрямних, електронних, термоелектричних і ін). Відхилення рухомої частини випрямних ЕІП з МЕ вимірником пропорційні СВЗ струму, що протікає через рамку приладу. Шкали цих приладів градуюються в СКЗ синусоїдних струмів і напруг, хоча реально вимірюють їх СВЗ. Якщо форма сигналу відрізняється від синусоїди, то виникає методична похибка. Однак при будь-якій формі сигналу за показаннями приладу випрямної системи, проградуйована в СКЗ для синусоїди, можна знайти СВЗ і СКЗ струму або напруги досліджуваного сигналу. Для цього достатньо показання приладу розділити на , Тобто за шкалою приладу визначається або , Так як реально прилад вимірює або .

А далі, СВЗ показань приладу треба помножити на К Ф сигналу довільної форми, щоб отримати їх СКЗ.

Підкреслимо ще раз: - наведені вище міркування справедливі для випрямного МЕ приладу, проградуйована в СКЗ для синусоїди.

Однак, якщо для вимірювання використовується МЕ прилад для постійного струму з лінійною шкалою або цифровий прилад постійного струму, включений у діагональ випрямні мосту, то в цьому випадку показання приладу будуть «один до одного» так як для постійного струму і К Ф = 1.


Рис. 1.4 Схема включення МЕ вольтметра в ланцюг змінного струму
А далі аналогічно для сигналу будь-якої форми треба СВЗ показань приладу помножити на К Ф сигналу довільної форми, щоб отримати їх СКЗ. Напруга сигналу має форму, показану на малюнку. Визначимо показання МЕ вольтметра випрямної системи, а також методичні похибки вимірювання СКЗ напруги та потужності

.

Пам'ятаємо, що шкала приладу проградуйована в СКЗ для синусоїди, хоча реально МЕ прилад вимірює U СВЗ ~ I СВЗ . При такій формі сигналу

= .

Однак випрямний МЕ прилад покаже не 2.5В, а в 1.11 рази більше, тобто .

Істинне значення СКЗ напруги для такої форми сигналу буде дорівнює: ,

а прилад покаже 2.78 В. Методична похибка вимірювання СКЗ в цьому випадку складе .

Якщо далі визначити потужність в навантаженні за формулою , То при показаннях приладу U вим = 2.78В замість U ІСТ = 5В вийде замість . Істинна потужність в 3 рази більше виміряної!

Методична похибка вимірювання потужності складе .
Навчальний матеріал
© ukrdoc.com.ua
При копіюванні вкажіть посилання.
звернутися до адміністрації