Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Министерство образования РФ.
красноярский государственный технический
университет
ОСНОВЫ МЕТРОЛОГИИ И
ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
Методические указания по лабораторным работам № 1,2 для студентов специальностей 1001, 1002, 1004, 1807,2104
Красноярск 2001
УДК 621.317
Основы метрологии и информационно-измерительной техники. Методические указания по лабораторным работам №2,2 / Составили: Геннадий: Петрович Образцов, Татьяна Ивановна Танкович, Александр Юрьевич Южанников; КГТУ. - Красноярск: 2001,24 с.
Печатается по решению редакционно-издательского совета университета
© кгту, 2001
1. ОБЩИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТ
Задачи, предлагаемые на лабораторных занятиях, могут бытъ решены только при условии предварительной подготовки.
Необходимо определиться с целью задания; знать назначение тельной установки, ее принцип действия, мнемоническую схему
По материалам методических указаний следует предварительно познакомиться с основными параметрами объекта исследования и источников питания, а также с техническими параметрами имеющихся на стенде промежуточных преобразователей электроэнергии, измерительных приборов пуско-регулирующих аппаратов и нагрузочных устройств. В соответствии с каждым этапом задания составляют схемы соединения электрических элементов исследуемого объекта и электроизмерительных средств. Рекомендуется сначала соединять участки цепи с последовательным соединением элементов устройства и приборов, а затем с параллельным, что позволит оценить назначение каждого элемента цепи.
Для исключения возможности возникновения больших токов в собранной цепи переключатели потенциометров и указатели автотрансформаторов устанавливают в положение, соответствующее минимуму напряжения на выходе, реостаты должны быть полностью введены.
Собранная студентами схема проверяется преподавателем, только с его разрешения можно включить источник питания и провести предварительное опробование цепи. Приступать к измерениям можно, только будучи уверенным, в том, что цепь собрана верно.
В случае, если стрелка какого-либо прибора выходит за пределы шкалы, а диск счетчика вращается в обратном направлении, надо отключить цепь от источника питания и переключить подходящие к прибору провода.
При снятии характеристики объекта исследования недопустимо превышать номинальные значения' токов и напряжений испытуемого электротехнического устройства.
Снятие показателей со всех, приборов необходимо по возможности производить одновременно. В случае сомнения в правильности полученных результатов измерения следует повторить несколько раз.
Результаты всех измерений сводят в Таблицу. Запись должна соответ ствовать показаниям измерительных приборов без каких-либо пересчетов
Редактор,
Подп. в печать . Формат 60x84/16. Бумага тип. №3
Офсетная печать. Усл.печ.л. . Уч.-изд.л.1,5 .Тираж 200 экз
Заказ с
Редакционно-издательский отдел КГТУ 660074, Красноярск, ул.Киренского, 26 Отпечатано на ротапринте КГТУ
2. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ПОКАЗАНИИ ПРИБОРА
Результат измерения должен быть выражен двумя числами, поскольку, только такое представление результата является технически правильным [1],
например
U = (220 ±5), (2,1)
где 220 - показания прибора,
в; ±5-диапазон погрешности, обусловленный классом точности прибора, в. в практике измерений различают точность прибора и точность измерения величины. Точность прибора согласно ГОСТ 13109-97 оценивается
а) абсолютной погрешностью
∆=±а, (2.2)
где ∆-разность между измеренной прибором величиной Хп и истинным значением измеряемой величины Х, т.е.
∆ = Хп – Х; (2.3)
6} приведенной погрешностью
(2.4)
где -предел допустимой приведенной погрешности в % от нормирующего значения ХN.
Нормирующее значение Хn, определяется видом шкалы, например, если крайние значения шкал приборов имеют значения 0-100; 15-50; 100-0-100, то нормирующие значения Хn будут соответственно равны 100, 35 и 200;
в) относительной погрешностью
(2.5)
где -предел допустимой относительной погрешности в % от значения измеряемой величины ХN.
По указанному на шкале аналогового прибора классу точности укm и уравнениям
, (2.6)
определяют относительную погрешность:
(2-7)
Результат измерения в общем виде выражается формулой
Х =ХП(1±). (2.8)
Прибор следует взять такой, чтобы предел измерения, был близок к измеряемому значению. Для лабораторных работ допускают, что случайные погрешности малы, поэтому измерения проводят один раз с последующей оценкой относительной погрешности.
2.1. Рекомендации по измерению электрических величин
Приборы, представленные на стендах, измеряют напряжение, ток мощность и энергию методом непосредственной оценки.
Цепи постоянного тока. В цепях постоянного тока могут использоваться как магнитоэлектрические, так и электромагнитные приборы с преобразователями. При подключении магнитоэлектрических приборов к источнику питания следует соблюдать полярность их присоединения. Предел измерения приборов должен быть близок к значениям. Измеряемых величин,
Токовые катушки приборов включают последовательно в цепь с используемым объектом, а катушки напряжения - параллельно.
Сопротивление прибора, соизмеримое с входным сопротивлением измерительной цепи, может внести погрешность в результат измерений. Такую погрешность принято называть погрешностью метода [2].
; 2.9)
(2.10)
где - соответственно погрешности измерения тока и напряжения
rв - входное сопротивление измерительной цепи;
rA, rV - соответственно сопротивления приборов для измерения тока и напряжения.
Цепи переменного тока. в цепях переменного тока используются в основном электромагнитные и электродинамические приборы.
Погрешности метода измерения, определяемые соотношением прибора и цепи, в данном случае заведомо мало и могут не учитываться. В цепях переменного тока приборы обычно показывают действующее значение измеряемой величины.
При измерении активной мощности (энергии) в однофазных цепях переменного тока с помощью ваттметров необходимо правильное включение прибора а схему токовую обмотку включают последовательно с объектом измерения, а обмотку напряжения - параллельно исследуемому объекту. В трехфазных цепях обычно пользуются двумя ваттметрами. Генераторные зажимы ваттметров включают, например, в фазы А и С, в негенераторные зажимы обмоток напряжения - в фазу В источника питания. 1 Цена деления ваттметра, Вт/дел,
(2.11)
где иш IН - номинальные пределы измерения по напряжению и току;
n-полное число делений шкалы прибора.
При измерении реактивной мощности обмотку напряжения ваттметров заключают в фазы, в которые не включена токовая обмотка.
ТРЕБОВАНИЯ К СОДЕРЖАНИЮ, ОФОРМЛЕНИЮ И ЗАЩИТЕ ОТЧЕТА
Требования и рекомендации к структуре и содержанию отчета определены стандартом предприятия СТП КГТУ 01-01 «Лабораторные работы. Общие положейия, структура и содержание методических указаний».
На титульном листе указываются: министерство, университет, кафедра, название и номер работы, Ф.И.О. студента, выполнившего работу, Ф.И.О. преподавателя, дата выполнения и защиты работы.
Отчет необходимо выполнять в соответствии с требованиями ГОСТов И стандарта предприятия СТП 01-01 «Общие требования к оформлению тек стовых и графических студенческих работ. Текстовые материалу и иллюстрации».
В таблицах указывают единицы измерения исследуемых величин. Ка ждая таблица должна иметь заголовок.
-Результаты опыта необходимо обработать. Особое внимание следует уделять графикам зависимостей, которые дают наглядное представление о результатах проделанной работы. Вычерчиать схемы и таблицы необходимо с использованием чертежного инструмен та.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1
Поверка вольтметров, амперметров и ваттметров
Цель: знакомство с методикой, поверки показывающих приборов прямого действия, для определения соответствия прибора своему классу точности.
Краткие сведения о поверке аналоговых приборов
Основные положения системы метрологического надзора за средствами измерений (СИ) установлены. ГОСТ. 8.002.- 86 проведения поверки, ревизии и экспертизы средств измерений».
Метрологический надзор, осуществляемый органами государственной метрологической службы, называется государственным, а осуществляемый органами ведомственной метрологической службы-ведомственным.
В России применяются три формы метрологического надзора; поверки СИ, Метрологическая ревизия и метрологическая экспертиза.
Поверкой принято называть операцию определения соответствия прибора классу точности.
Различают следующие виды поверки: первичная, периодическая, внеочередная, инспекционная и экспертная.
Первичная поверка, проводится при выпуске средства измерений из производства и ремонта.
Периодическая поверка производится при эксплуатации (хранении) средства измерений через определенные межповерочные интервалы установленные с расчетом обеспечения метрологической исправности на период между поверками, т.е. его пригодность к применению.
Внеочередная поверка проводится при эксплуатации (хранении) средства измерения вне зависимости от сроков периодической поверки.
Инспекционная поверка проводится при выявлении исправности (пригодности к применению) средства, измерений при осуществлении надзора и ведомственного контроля на предприятиях и в местах его эксплуотации.
Экспертная поверка выполняется при возникновенииспорных вопросов по метрологическим характеристикам, исправности средства измерений и пригодности его к применению. Пригодными к применению признаются средства измерений, поверка которых, выполненная в соответствии с действующими НТД (нормативно-технические документы), подтверждает их соответствие требованиям этих документов.
Измерении - нахождение значения физической величины (ФВ) опытным путем с помощью специально предназначенных для этого технических средств. Измерения делят на прямые, косвенные, совокупные и совместные. На практике же применяют прямые и косвенные измерения.
При прямом измерении искомое значение находят непосредственно из опытных данных, например, измерение электрического напряжения вольт метром.
Косвенным называют измерение, при котором искомое значение ФВ вычисляют на основании известной зависимости между этой ФВ и величи нами прямых измерений. Примером таких измерений может служить опреде ление удельного сопротивления проводника по его сопротивлению, длине и площади поперечного сечения.
Под совокупным понимают одновременно выполняемые измерения нескольких одноименных ФВ, искомые значения величин находят решением системы уравнений, получаемых при прямых измерениях различных сочетаний этих величин. Примером этих измерений могут служить измерения сопротивления отдельных декад магазина сопротивлений, значения которых находят по известному сопротивлению катушки и результатам прямого сравнения сопротивлений различных сочетаний декад.
Совместными называют производимые одновременно измерения двух или нескольких одноименных величин с целью нахождения зависимости между ними, например, нахождение электрического сопротивления при температуре 15оС и температурных коэффициентов измерительного резистора по данным прямых измерений его сопротивления при различных температурах. При измерениях, выполняемых при поверке, градуировке или аттестации средств измерений, за действительное значение принимают показание образцового средства измерения, а за измеренное - показание поверяемого средства измерения.
Истинное значение физической величины - значение физической величины, которое идеальным образом отражало бы в качественном и количественном отношениях соответствующее свойство объекта. Так как истинное значение определить практически невозможно, вместо истинного пользуются действительным значением.
Действительное значение физической величины - значение физической величины, найденное экспериментальным путем и настолько приближающееся к истинному значению, что для данной цели может быть использовано вместо него.
Различают абсолютную, относительную и приведенную погрешности измерительным приборов.
Абсолютная погрешность прибора ∆ - есть разность между показанием прибора Хn и истинным значением X измеряемой величины:
А (1.1)
Относительная погрешность прибора - представляет собой отно шение абсолютной погрешности к действительному значению измеряемой величины Хд:
(1.2)
Для получения действительного значения измеряемой величины устанавливают погрешности средств измерений введением поправок. Поправкрй называется абсолютная погрешность, взятая с обратным знаком:
(1.2)
Приведенная погрешность прибора - есть отношение абсолютной погрешности к нормирующему значению XN (длины шкалы прибора);
(1.4)
В зависимости от характера измеряемой величины погрешности СИ делят на статические и динамические.
Статическая погрешность СИ - погрешность СИ, применяемого для измерения не изменяющейся во времени величины.
Динамическая погрешность СИ - разность между погрешностью в СИ в динамическом режиме и его статической погрешностью, соответствует значению величины в данный момент времени.
По характеру изменения погрешности СИ делятся на систематические и случайные.
Систематическая погрешность - погрешность постоянная или закономерно изменяющаяся при повторных измерениях одной и той же велнчины.
Случайная погрешность - погрешность, изменяющаяся при повторных измерениях одной и той же величины.
В зависимости от условий, в которых производят измерения, различают погрешности СИ основную и дополнительную.
Основная погрешность - погрешность СИ, применяемого в нормальных условиях.
Дополнительная погрешность - погрешность СИ, вызываемая отклонением условий эксплуатации от нормальных.
Другими важными характеристиками приборов является: вариация показаний, время установлении показаний и чувствительность к измеряемой величине.
Вариация показаний прибора увар ~ это наибольшая разность между показаниями прибора при одном и том же значении измеряемой величины:
(1.5)
где Хд.восх , Хд.нисх - значения измеряемой величины, установленные одним плавным увеличением и плавным уменьшением.
Чуветвительностью S прибора к измеряемой величине называется производная' от перемещения указателя а по измеряемой величине X:
(1.6)
Время установления показаний прибора - это промежуток времени с момента подключения или изменения измеряемой величины до момента, ко гда отклонение указателя от установившегося значения не превышает 1 % длины шкалы.
При поверке классы точности образцового и поверяемого приборов •должны иметь отношение 1:4,. 1:5. Приборы поверяют сравнением показаний испытуемых приборов с показаниями образцового прибора. Поскольку в качестве испытуемых используются приборы классов точности от 1,0 до 2,5, то образцовые приборы выбирают классов 0,2 и 0,5.
Рисунок 1.1. - Схема поверки приборов прямого действия: а - вольтметра, б - амперметра
Поверка предусматривает:
Определять основные погрешности электроизмерительных приборов можно двумя способами: 1) методом измерения величин, воспроизводимых образцовыми мерами, значения которых выбираются равными всем цифровым отметкам шкалы прибора. Наибольшая разность между результатом измерения и соответствующим ему размером мер является в этом случае основной погрешностью прибора; 2) методом сравнения показаний поверяемого и образцового приборов при измерении одной и той же величины (рисунок 1.1). Разность между показаниями образцового и поверяемого приборов определяет погрешность поверяемого прибора.
Оборудование, измерительные приборы лабораторной установки для поверки амперметров и вольтметров.
На установке находятся поверяемые приборы"(вольтметр или амперметр) и образцовые приборы, которые подключаются к клеммам, находящимся на лицевой панели стенда. Напряжение и ток регулируют однофазным регулятором напряжения. Нагрузкой служит активное сопротивление резистора.
Порядок выполнения работы
1. Ознакомиться с приборами на стенде. Составить перечень приборов, оборудования и их основные технические данные записать в таблицу1.1.
Таблица 1.1 - Характеристика приборов
|
Название прибора |
Система прибора |
Тип |
Род и характер измеряемой величины |
Класс точности прибора |
Диапазон измерений |
Цена деления |
Заводской номер |
Год выпуска |
наибольшего значения на шкале до нуля. При этом необходимо, чтобы указатель подходил к числовой отметке только с одной стороны.
6.Вычислить абсолютные, относительные и приведенные погрешности и поправки, выбирая для этого большее значение для каждой пары абсолютных погрешностей, полученных для данной точки. Вычислить вариацию показаний.
7.Определить время установления показаний прибора.
8. Определить цену деления прибора, которая представляет собой отношение длины шкалы прибора (предела измерения) к числу делений шкалы. Результаты наблюдений и вычислений записать в таблице 1.2.
9. По данным опыта и расчетов построить кривые в зависимости от показаний поверяемого прибора.
10. Проверить, не превосходят ли полученные погрешности прибора пределов Допускаемых для него погрешностей и вариации показаний.
11. Определить класс точности поверяемого прибора
Таблица 1.2. - Расчетные и экспериментальные данные
|
Показатель поверяемого прибора |
Показания образцового прибора |
Погрешность |
Поправка |
Время установления |
Вариация показаний |
||||
|
При увеличении напряжения (тока) |
При уменьшении напряжения (тока) |
Среднее |
Абсолютная |
Относительная |
Приведенная |
||||
|
В(А) |
В(А) |
В(А) |
В(А) |
В(А) |
% |
% |
В(А) |
С |
% |
Последовательность выполнения работы по поверке ваттметра.
Цель работы: практически изучить методику поверки показаний технического ваттметра, сравнивая их с показаниями образцового ваттметра; определить погрешности цифровых отметок шкалы поверяемого прибора, соответствие его классу точности, обозначенному на шкале, и построить график абсолютной и приведенной погрешности от величины поверяемого прибора.
1. Схему для наблюдений задает преподаватель. Студентам надо ознакомиться с приборами и оборудованием, выбранным для работы. Выяснить, соответствуют ли они рекомендациям, изложенным в описании схем установок.
2. Собрать схему для поверки технического ваттметра (рисунки 1.2 и 1.3). При этом обратить внимание на то, чтобы генераторные зажимы токовой обмотки и обмотки напряжения каждого из ваттметров были соединены так, как показано на схеме (генераторные концы обмоток обозначены точками, а на приборах генераторные зажимы — звездочками).
3. Собрав схему, при разомкнутом выключателе SA1 проверить поло-
жение указательных стрелок приборов. Они должны быть на нулевой отметке шкалы. Если возникает необходимость, следует отрегулировать положение стрелок корректором.
Лампы в реостате Rл отключить. Ползунок реостата R1 установить в верхнее (по схеме) положение на самое малое напряжение.
Проверить собранную схему и положение приборов, а затем показать для проверки преподавателю. Получив его разрешение, подготовить установку к измерениям.
Рисунок 1.2. - Схема включения приборов для поверки технического ваттметра.
Цель: практически изучить методику поверки показаний технического ваттметра, сравнивая их с показаниями образцового ваттметра; определить погрешности цифровых отметок шкалы поверяемого прибора, соответствие его классу точности, обозначенному на шкале, и построить график абсолют ной и приведенной погрешности от величины поверяемого прибора.
1 Схему для наблюдений задает преподаватель. Студентам надо ознакомиться с приборами и оборудованием, выбранным для работы. Выяснить, соответствуют ли они рекомендациям, изложенным в описании схем установок.
Перечень приборов, оборудования и их основные технические данные записать в таблице 1.3.
4. Выключателем SA1 подключить исследуемую схему к электросетй. Передвигая ползунок реостата R1, установить по контрольному вольтметру V номинальное напряжение ваттметра. Его значение написано возле зажима, к которому присоединен в схеме прибора добавочный резистор Rл, соединенный с концом обмотки напряжения ваттметра.
Потом постепенно увеличивать силу тока в последовательной цепи так, чтобы стрелка ваттметра устанавливалась поочередно на цифровых делениях шкалы. Грубое регулирование тока достигается включением ламп в ламповый реостат Кл, а плавное - при помощи реостата R2.
где АР - абсолютная погрешность, Вт;
Рп - показания поверяемого ваттметра, Вт;
Ро - вычисленное среднее значение показаний,образцового ваттметра,
ВТ.
Приведенную относительную погрешность вычисляют по формуле;
Рисунок 1.3. - Схема включения приборов для поверки технического ваттметра методом раздельных цепей и векторная диаграмма напряжения и токов в измерительной цепи.
Во время опыта поддерживать напряжение параллельной цепи постоян ным и, в случае необходимости, регулировать его потенциометром R1.
Показания приборов записать в таблицу 1.4. В графу «ход вверх» записывают показания образцового ваттметра (в делениях шкалы и ваттах), соответствующие цифровым отметкам шкалы поверяемого ваттметра. При снятии показаний прибора учесть цену деления его шкалы. 4.Опыт повторить, изменяя силу тока в обратном направлении от но минала до нуля, устанавливая стрелку поверяемого ваттметра на тех же деле ниях шкалы. Показания образцового ваттметра записать в графу «ход вниз» таблицы 1.4. Закончив измерения, выключателем SA1 отключить цепь от электросети.
Таблица 1.4. - Результаты поверки технического ваттметра
|
Показания приборов |
Погрешности |
Среднее значение поправки |
вариации показаний поверяемого ваттметра |
||||||||
|
Вольтметра |
Амперметра |
Ваттметра |
|||||||||
|
Поверяемого |
Образцового |
Абсолютная |
Относительная |
||||||||
|
Ход вверх |
Ход вниз |
Среднее |
|||||||||
|
В |
А |
Вт |
дел |
Вт |
дел |
Вт |
Вт |
Вт |
% |
Вт |
% |
6; Вычислить среднее значение показаний образцового ваттметра и записать в соответствующую графу таблицы. Определить абсолютную погрешность поверяемого ваттметра по формуле:
, (1.7)
где Р - абсолютная погрешность, Вт;
PП - верхний предел измерений поверяемого ваттметра, Вт.
Р0 - вычисленное среднее значение показаний образцового ваттметра, Вт.
Приведенную относительную погрешность вычисляют по формуле:
(1.8)
где ∆Р – абсолютная погрешность, Вт;
РN – верхний предел измерений поверяемого ваттметра, Вт.
Поправку определяют как абсолютную погрешность с обратным
знаком, т. е. = - ∆Р .
Вычисленные величины записать в соответствующие графы
таблицы 1.4.
7. По наибольшему значению величины приведенной относительной
погрешности определить класс точности поверяемого ваттметра, учитывая,
что класс прибора оценивают допустимой погрешностью т.е. наибольшей (допускаемой ГОСТом или инструкциями) приведенной относительной погрешностью:
(1.9)
8. Определить вариации показания поверяемого ваттметра. Для.этого вычислить разности показаний образцового ваттметра при увеличении P01 (ход вверх) и уменьшении Ро2 (ход вниз) силы тока в последовательной цепи, соответствующие поверяемым отметкам шкалы испытуемого прибора, и определить по формуле:
(1.10)
где РN - верхний предел измерений ваттметра.
9. По данным таблицы 1.4 построить график поправок SP '— /р*ц) а
зависимости от показаний поверяемого ваттметра. Примерный вид графика
показан на рисунке 1.4.
10. При помощи потенциометра R1 уменьшить на 20 % напряжение,
подаваемое в параллельную цепь, и повторить опыт по указаниям пунктов 4,
5, 6, 7, 8 и 9. Результаты измерений записать в таблицу 1.4.
Зависимость ,соответствующую второму опыту, построить на том же графике, на котором построена кривая по результатам первого опыта.
11. Если по заданию прелодавателя надо исследовать ваттметр,
включенный по второй схеме (рисунок 1.3, а), то при сборке ее следует руководствоваться указа ниями пункта 2.
Рисунок 1.4. - Примерный график поправок к техническому ваттметру: I - при номинальном напряжении ваттметра; 2 - при напряжении меньше номинального на 20 %.
При выключенном выключа теле SA1 ползунок реостата R1 установить в верхнее (по схеме) положение. Ввести полностью сопротивления, реостатов R1 и R3, переключатель SA2 поставить в положение 1. Подготовить установку к измерениям по указаниям пункта 3 описания этой работы.
Исследования провести, выполняя указания пунктов 4, 5, 6, 7, 8 и 9. В отличие от указаний пункта 4 регулировать силу тока в последовательной цепи реостатами R1 и R3.
Закончив измерения, отключить питание выключателем SA1.
12. Переключатель SA2 установить в положение 2. Реостаты Rl, R2, R3 должны быть в начальных положениях. Выполнить все измерения по указаниям пункта 11.
Показания приборов записать в таблицу 1.4.
13. Результаты измерений и вычислений показать преподавателю и по его разрешению разобрать схему.
Содержание отчета о работе
1. Наименование и цель работы.
2. Таблица с перечнем приборов и оборудования, применявшимися в работе и их основными техническими характеристиками.
6. График зависимости абсолютной, относительной и приведенной погрешности от показаний поверяемого прибора.
7. Выводы по работе.
Контрольные вопросы
1. Какие операции предусматривает поверка?
2.По какой погрешности устанавливают класс точности прибора и почему?
3. Что называется абсолютной, относительной и приведенной погрешностями? Что такое поправка?
4. Как определяют время установления показаний прибора?
5. Назовите виды поверок, их назначение?
6. Какие обозначения наносят на шкалу прибора?
7. Какие виды измерений применяют?
8. Что такое цена деления шкалы и как она определяется?
9 Как определяют вариацию показаний, прибора?
10. Какие погрешности называются динамическими и статическими?
11. Охарактеризуйте приборы, применявшиеся в работе.
12. Начертите и поясните схему включения в цепь неподвижной и подвижной катушек ваттметра.
13. Как определяют верхний предел измерений образцового ваттметра?
14. Как определяют цену деления шкалы образцового ваттметра?
15. Как изменяются абсолютная и относительная погрешности технического ваттметра при снижении напряжения (ниже номинального)?
Литература .
1. Фремке А.В., Душин Е.М. Электрические измерения. - Л.: Энергия.
1980.-е. 16-20, 36-41.
2. Электрические измерения: Учебное пособие для вузов /В.Н. Малиновский, P.M. Демидова-Панфелова, Ю.Н. Евланов и др. Под ред. д.т.н. В.Н.
Малиновского. - М.: Энергоатомиздат, 1980.-с. 19-26.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2 Поверка однофазного индукционного счетчика
Цель: ознакомиться с устройством однофазного счетчика, принципом его работы и методами поверки.
Поверка счетчиков электрической энергии определяется по одному из способов: 1) ваттметра и секундомера. При этом способе определяют дейст вительное значение электроэнергии, вызвавшей заданное число оборотов вращения диска счетчика; 2) образцового счетчика. В данном случае показа ния поверяемого счетчика сравнивают с показаниями образцового счетчика.
Рисунок 2.1. - Однофазный индукционный счетчик: 1 - трехстержневой магнитопровод с обмоткой цепи напряжения U; 2 - алюминиевый диск, жестко укрепленный на оси подвижной части; 3 - противополюс из магнитомягкого материала; 4 - короткозамкнутые витки; 5 - П-образный магнитопровод с двумя последовательно соединенными токовыми обмотками; 6 - обмотка, замкнутая на проволочный резистор 7 с регулируемым с помо щью перемычки 8 сопротивлением; 9 - счетный механизм; 10 - пластинка с флажком, выполненная из магнитомягкого материала; 11 - стальной крючок; 12 - постоянный магнит для создания тормозного момента; 13 - стальной поводок для создания и регу лировки компенсационного момента.
Поверка счетчиков классов точности 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; и 3,0 должна производиться при нормальных условиях:
- отклонение счетчика от вертикального положения не превышает 1°;
- напряжение питания не отличается от номинального более, чем на ±1 %;
- температура окружающего воздуха не отличается от 20 °С более, чем на ±3 %.
В данной работе производится частичная поверка счетчика активной энергии, предусматривающая применение ваттметра и секундомера.
Краткие сведении об индукционных счетчиках
Потребляемая нагрузкой электрическая энергия определяется по формуле:
,
где Р - активная мощность нагрузки, Вт.
Устройство индукционного счетчика типа СО схематично показано на рисунке 2.1.
В создании вращающего момента участвуют только потоки Фu и ФI (рисунок.2.2), которые замыкаются через магнитопроводы и пересекают диск счетчика:
Рисунок 2.2. – векторная диаграмма однофазного счетика.
, (2.1)
где ψ - угол между векторами потоков ФU и ФI.
При работе на линейном участке кривой намагничивания магни-топроводов
имеем:
где U - напряжение, питающее обмотку рисунок 2.2. - Векторная диаграмма
напряжения; однофазного счетчика
IU и I - соответственно токи в обмотках напряжения и тока;
Zu- модуль полного сопротивления обмотки цепи напряжения.
Учитывая, что ZU rU, можно принять ZU ХU = 2, следовательно, поток
Подставив значения потоков ФI и ФU в (2.1), получим
(2.2)
где k = сk=1 * k3.
Вращающий момент (2.2) будет пропорционален активной мощности при выполнении равенству sin у — cos , когда углы и (рисунок 2.2) являются дополнительными, т.е. + =90°. Для выполнения такого условия необходимо иметь угол β> 90°, так как β = + +α1 .Обеспечение равенства + = 90° при угле β > 90° достигается за счет изменения угла потерь αI с помощью короткозамкнутых витков 7 (грубая регулировка) и обмотки 8, замкнутой на проволочный резистор 9. При этом выражение (2.2) примет вид:
(2.3)
Обеспечить равномерную угловую скорость диска можно за счет тор мозного момента Мт, создаваемого постоянным магнитом 6:
МТ=С1ФМ*IМ.
Подставив в это уравнение значение Iм = С2ФМ , получим
Мт = С3 (2.4)
где С3 =С] *С2 * .
Приравнивая (2.3) к (2.4), имеем:
или
(2.5)
Интегрируя (2.5) по времени от t1, до t2 , получим kW = С3 2 , откуда;
где W - активная энергия, учтенная счетчиком за время от t1 до t2
n - число оборотов диска за это время;
С - постоянная счетчика.
Следует различать номинальную и действительную постоянную счетчика. На шкале счетчика наносятся данные: единица энергии W и передаточное число A, например: 1 кВт/ч - 1200 оборотов диска.
Номинальная постоянная счетчика - это энергия, учитываемая счетчиком за один оборот диска:
Действительной постоянной счетчика называется количество энергии, реально израсходованное в цени за один оборот диска:
Относительную погрешность счетчика определяют по формуле
(2.6)
где WCЧ - значение энергии, учтенной счетчиком;
W - значение энергии, реально израсходованной в цепи (определяют по образцовому ваттметру и секундомеру).
Кроме погрешности ГОСТом нормируется порог чувствительности
счетчика:
(2.7)
где lmin Pmin - наименьшее значение тока и мощности, при котором начинается непрерывное вращение диска;
IЮ UЮ - номинальный ток и напряжение.
По ГОСТ 6570-96 порог чувствительности не должен превышать 0,4 % для счетчиков класса точности 0,5 и 0,5 % для классов 1,0; 1,5; 2,0.
Другим важным показателем, оценивающим качество счетчика и его настройки, является отсутствие самохода, т.е. вращения диска при наличии напряжения в параллельной обмотке и отсутствии его в токовой обмотке.
Оборудование и измерительные приборы лабораторной установки а) номинальная постоянная счетчика;
Рисунок 2.3. – Схема поверки однофазного счетчика
4. Схема включения приборов для поверки счетчика показана на рисунке 2,3. По этой схеме выполняют частичную поверку однофазного счетчика методом, предусматривающим применение ваттметра и секундомера, т.е. можно проверить счетчик на отсутствие самохода, определить порог чувствительности счетчика и погрешность при различных нагрузках при значении cos = 1
Порядок выполнения работы
.3. Определить порог чувствительности счетчика. Для этого при номи нальном напряжении плавно увеличивать ток нагрузки от нуля до тех пор, пока диск счетчика не начнет вращаться (ключ SA2 включен). Внести в отчет значение Рmin, определенное по ваттметру. Вычислить значение S по формуле (2.7).
а) номинальная составляющая счетчика:
здесь N0 - передаточное число счетчика, указанное на его щитке;
б) действительная постоянная счетчика
Провести несколько измерений мощности и энергии при 5-J-7 различных значениях тока по заданию преподавателя. Результаты занести в таблицу
2.1.
Таблица 2.1. – результаты наблюдений и вычислений
|
I |
Pw |
n |
t |
Cn |
Cд |
|
|
А |
Вт |
об |
с |
Вт*с/об |
Вт*с/об |
% |
Содержание отчета о работе
Контрольные вопросы
10. За счет чего происходит изменение угла потерь счетчика?
Литература
Оглавление
. 1. Общие рекомендации по выполнению работ 3