Электроизмерительные приборы и измерение основных электрических величин Цель работы ~ ознакомление

Работа добавлена на сайт samzan.net:

Работа № 1. Электроизмерительные приборы и измерение

основных электрических величин

 Цель работы – ознакомление с электроизмерительными приборами, способами их включения, а также измерение основных электрических величин.

Программа работы

1.  Определение типа, пределов измерения, цены деления, класса точности аналоговых измерительных приборов.
2.  Измерение напряжений, токов и мощностей в цепях постоянного тока.
3.  Определение сопротивлений по законам Ома и Джоуля-Ленца с помощью приборов.

Общие положения

Измерением называется процесс нахождения опытным путем значения физической величины с помощью специальных технических средств. Электроизмерительные приборы широко используются при наблюдении за работой электроустановок, при контроле за их состоянием и режимами работы, при учете расхода и качества электрической энергии, а также при ремонте и наладке электротехнического оборудования.

Наибольшее распространение получили аналоговые приборы непосредственной оценки, которые классифицируют по следующим признакам: род тока (постоянный или переменный), род измеряемой величины (ток, напряжение, мощность, сдвиг фаз), принцип действия (магнитоэлектрические, электромагнитные и ферродинамические), класс точности и условия эксплуатации.

Для расширения пределов измерения электрических приборов на постоянном токе используют шунты (для тока) и добавочные сопротивления (для напряжения). На переменном токе используют трансформаторы тока и напряжения.

 Измерение напряжения выполняют вольтметром, подключаемым непосредственно на зажимы исследуемого участка электрической цепи.

 Измерение тока осуществляют амперметром, включая его последовательно с элементами исследуемой цепи.

 Измерение мощности и сдвига фаз в цепях переменного тока производят с помощью ваттметра и фазометра. Эти приборы имеют две обмотки: неподвижную токовую, которую включают последовательно, и подвижную обмотку напряжения, включаемую параллельно.

На лабораторных стендах напряжение, сопротивление и ток можно измерить либо мультиметром, либо с помощью преобразователя и компьютера. Мощность, сдвиг фаз, сопротивление участка электрической цепи вычисляют на компьютере по показаниям двух приборов - амперметра и вольтметра, подключенных к соответствующему участку цепи.

 Цена деления прибора представляет собой значение измеряемой величины, вызывающей отклонение стрелки прибора на одно деление, и определяется зависимостями:

;    .

Электрической цепью называется совокупность устройств, (источник, приемник и промежуточные звенья - провода и аппараты), предназначенных для прохождения электрического тока.

Графическое изображение цепи представляет собой электрическую схему.

Источниками электрической энергии являются устройства, в которых происходит процесс преобразования в электрическую энергию других видов энергии (химической, тепловой, механической). Мгновенные значения напряжения и тока  характеризуют режим работы устройства и называются параметрами режима или характеристиками режима.

Сопротивление R (Ом), индуктивность L (Гн), ёмкость C (Ф) составляют группу пассивных элементов и являются основой всех электротехнических устройств.

 Сопротивлением называется элемент электрической цепи, в котором происходит необратимый процесс преобразования электрической энергии в тепловую. Для практических расчетов в линейных электрических цепях величину R принимают постоянной, а зависимость напряжения от силы тока на сопротивлении (вольт-амперная характеристика) - линейной.

Закон Ома:      ,     ,     .

Энергия, выделяемая на сопротивлении R при протекании по нему тока I, пропорциональна произведению квадрата силы тока и величины сопротивления.  

Закон Джоуля-Ленца:         (Дж) или (Втс).

Порядок выполнения работы

1.  Определить и записать в табл. 1 технические характеристики предложенных преподавателем настольных электроизмерительных приборов.

Таблица 1

№	Наименование прибора	Тип, система	Пределы измерения (макс, мин.)	Цена деления	Класс точности
1	Амперметр
2	Вольтметр
3	Ваттметр

1.  Собрать цепь с активным сопротивлением (рис.1) и подключить ее к источнику нерегулируемого постоянного напряжения.

1.  Произвести измерения тока, напряжения и сопротивления мультиметром.

В режиме вольтметра подключить выходы «com» и «V» мультиметра параллельно резистору, выставить соответствующий предел измерений на шкале со значком «=V». В режиме амперметра подсоединить выходы «com» и «A» мультиметра последовательно с резистором, выставить соответствующий предел измерений на шкале со значком «=А».

При использовании мультиметра в качестве омметра, отключить источник питания схемы и подсоединить выходы «com» и «Ω» параллельно резистору. Выставить необходимый предел измерений на шкале со значком «Ω» режима омметра. Полученные данные занести в табл.2.  

                                                                             Таблица 2

U, B	I, мA	R, Ом

4. Произвести измерения тока, напряжения, мощности и сопротивления приборами. Полученные данные занести в табл.3.  

Вычислить ток и мощность в цепи по номинальным значениям напряжения источника и сопротивления. Определить величину сопротивления по выражению  и сравнить с измеренным по табл.2.

1.  Произвести расчет сопротивления по закону Ома и Джоуля-Ленца. Сравнить показания.  

                                                                                         

                                                                                                                Таблица 3

U, B	I, мA	P, мВт	R, Ом	R = U/ I	R = P/ I2

                        

1.  Переключить цепь на источник регулируемого постоянного напряжения. Задаваясь рядом напряжений снять показания приборов и занести их в табл. 4.

                                                                                           Таблица 4

U,  B
I, мA

6.  Построить график зависимости напряжения от тока U = f(I).

Контрольные вопросы

1. К какой системе относятся приборы для измерения только на постоянном токе?

2. Какая из обмоток ваттметра включается в электрическую цепь последовательно, а какая параллельно?

3. Что обозначает класс точности прибора?

4. Какие приборы используются для расширения пределов измерения напряжения и тока?

5. Какими приборами измеряются: ток, напряжение и мощность? Как они включаются в цепь?

6. Зависит ли исследуемое сопротивление R от величины тока?

Работа № 5. Переходные процессы в цепи постоянного тока

Цель работы – исследование переходных процессов при коммутации цепей постоянного тока с элементами R, L  и C.

Программа работы

1.  Определение влияния элементов цепи на переходный процесс.
2.  Расчёт тока и напряжения в цепи с индуктивность или ёмкостью по заданию преподавателя.  
3.  Экспериментальное исследование переходных характеристик тока и напряжения.
4.  Определение времени процесса по опытным данным.

Общие положения

Переходные процессы - это процессы перехода от одного установившегося состояния к другому установившемуся состоянию. Изменения параметров элементов схемы или изменение режима работы самой схемы называются коммутациями.

В природе соблюдается принцип непрерывности во времени потокосцепления индуктивности и электрического заряда ёмкости.

; .

Законы коммутации

1-й закон:  Потокосцепление скачком измениться не может:

Следствие: В первый момент после коммутации ток в катушке индуктивности скачком измениться не может        

.

2-й закон:  Заряд ёмкости скачком измениться не может: 

q(0+) = q(0-).

Следствие: В первый момент после коммутации напряжение на ёмкости скачком измениться не может

.

На основании законов коммутации определяется постоянная интегрирования свободной составляющей тока или напряжения при расчете переходных процессов. За начало отсчета переходного процесса принимается время равное нулю.

Анализ переходных процессов в линейных цепях с сосредоточенными параметрами сводится к решению линейных неоднородных дифференциальных уравнений, составленных на основе законов Кирхгофа для после коммутационного процесса.

При включении цепи R, L на постоянное напряжение (рис.30):

.

Общее решение такого уравнения может быть найдено методом наложения принуждённого и свободного режимов:

;     ,

где   - ток принуждённого режима при  или частное решение неоднородного уравнения. Принуждённый режим определяет новое состояние электрической цепи после окончания переходного процесса;

- ток свободного режима или общее решение однородного уравнения (с нулевой правой частью).

До коммутации (до включения) ток в цепи отсутствовал . На основании 1-го закона коммутации можно записать , т.е. ток в индуктивности в первый момент после коммутации равен току до коммутации. После коммутации переходный процесс описывается дифференциальным уравнением . Свободную составляющую определяем из уравнения . Решение этого уравнения ;

k - корень характеристического уравнения ;

где ;

А - постоянная интегрирования, определяемая из начальных условий при t = 0 на основании Первого закона коммутации,

, отсюда.

Решение:

 Напряжение на R:  .

Напряжение на L:  .

Кривые тока и напряжения на индуктивности при включении R, L  на U=const приведены на рис.31.

При включении цепочки R, C на постоянное напряжение (рис.32) уравнение переходного процесса примет вид:

,     где     .

После подстановки получим выражение . Решим уравнение относительно UC:

;; .

Докоммутационный режим . Характеристическое уравнение  ;    .

А - постоянная интегрирования, определяемая из начальных условий при t = 0:

.

Отсюда .

Решение:  и .

Кривые тока и напряжения на конденсаторе при включении R, С  на U=const приведены на рис. 33.

Порядок выполнения работы

1.  Собрать схему по рис.34.

1.  Подключить генератор напряжения специальной формы, установив переключатель «форма» в крайнее правое положение, а частоту установить 0,4 кГц. Наблюдать кривые тока и напряжения на индуктивности по экрану осциллографа при параметрах, заданных в табл.13.

По графику определить время переходного процесса для каждого случая.  Показания приборов занести в табл. 13.

Таблица 13

L	100 мГн	40 мГн	С	0,22 мкФ	0,47 мкФ
R, кОм	1	0,68	1	0,68	R, кОм	1	0,68	1	0,68
f,  Гц					f   Гц
Хк					Хс
R					R
U,  B					U   B
I,  мA					I   мA
Uk, B					Uс  B
t, мкс					t мкс
, мс					 мс

1.  3.  Заменить в схеме рис.34 индуктивность на конденсатор и повторить измерения по п.2.

1.  Вычислить   для цепочки R, L  и      для цепочки R, C и записать в табл. 13.

1.  Собрать схему по рис.35 с L=100 мГн и С=0,47 мкФ , R=1 кОм.

Рис.35. Включение R, L, С  на постоянное напряжение

1.  Наблюдать на экране осциллографа кривые тока и напряжения на индуктивности и ёмкости. Объяснить изменение формы кривых.

Контрольные вопросы

1.  За сколько постоянных времени примерно заканчивается переходный процесс?
2.  Из какого условия определяется постоянная интегрирования?
3.  Из какого условия получены законы коммутации?

4. Чему равна постоянная времени цепи R, L, и цепи R, С при включении на постоянное напряжение?

A1

R

15 В

+

-

V1

Рис. 1. Схема цепи для измерения тока,

напряжения, мощности и сопротивления

Uо

i

L

Рис. 30. Включение R, L  на U = const

i

UL

Uo

t

Рис. 31. Кривые тока и напряжения на

индуктивности при включении R, L  на U=const

Рис.32. Включение R, С  на  U = сonst

 С

 R

  U0   

i

i

uс

Uo

t

Рис.33 Кривые тока и напряжения на конденсаторе при включении R, С  на U=const

 V

 R

 A

  U   

 L

Рис.34. Включение R, L  на постоянное напряжение

 V

 R

 A

   U   

 L

 С

1. Рынок фармацевтики России
2. Эллисона ульцерогенный аденоматоз поджелудочной железы исходящий из островковых клеток Лангерганса
3. XII ст. В період встановлення феодальних відносин і зародження української народності як і народностей рос
4. Тема Манипулятивные технологии в переговорном процессе и противостояние им
5. В начале XIV в Московское княжество было одним из самых незначительных на Руси
6. Нейтронные звёзды (пульсары).html
7. ПЕТЕРБУРГА ДЛЯ СТУДЕНТОВ 4 КУРСА ЛЕЧЕБНОГО ФАКУЛЬТЕТА И МЕДИКОПРОФИЛАКТИЧЕСКОГО ФАКУЛЬТЕТА
8. Стратегия развития ИТ
9. ПРАКТИКУМ по курсу ldquo;Охрана труда в отрасли телекоммуникацийrdquo; ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СВЧИЗЛУЧЕНИЙ
10. Тема 6 Прохідність автомобіля 6
11. Тема 13- Прибуток торговельного підприємства План Сутність прибутку його функції та значення
12. Реферат- Сущность и методические аспекты учета кассовых операций
13. ТРИУМФ Зал 1 1400 Зал 1 1
14. Каждая пара обуви ~ образец итальянского дизайна это модная и комфортная обувь
15. Отто Вейнингер
16. 4 реферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук
17. Устью ~ праздник лодке ~ честь Программа районного праздника День УстьКубинского района и XIII обла
18. нибудь пожалуй станет казаться невероятным что существовали такие города
19. модульскорости постоянен например равномерное движение по окружности и равноускоренным если модуль и на
20. Реферат- Технология переработки овощей

Материалы собраны группой SamZan и находятся в свободном доступе