Контрольные вопросы к лабораторной работе №1

1. Какими параметрами, подлежащими измерению, характеризуется переменное напряжение?

1. Периодом, частотой, амплитудой и действующим значением:

Период - Промежуток времени, в течение которого напряжение совершает полный цикл изменений, называется периодом.

Частота - Число полных периодов изменения напряжения в 1с. называется частотой.

Амплитуда - Наибольшее значение переменного напряжения называют амплитудным значением, или амплитудой.

Действующее значение - напряжение действующие в электрической цепи в каждый отдельный момент времени, определяется так называемыми мгновенными значениями. 

2. Что такое среднеквадратическое, среднее и средневыпрямленное значения переменного напряжения?

2. Среднеквадратическое значение:

.

Квадрат среднеквадратического значения численно равен мощности, рассеиваемой на активной нагрузке 1 Ом.

Среднее значение:

,

где время T выбирают кратному целому числу периодов исследуемого напряжения.

Средневыпрямленное значение:

определяют как среднее значение модуля напряжения.

3. Опишите принцип работы и устройство электромеханических вольтметров переменного тока? Чем определяется погрешность этих приборов?

3. Электромеханические вольтметры относятся к приборам прямого преобразования, в которых напряжение непосредственно преобразуется в показания отсчетного устройства. Таким образом, любой электромеханический прибор состоит из следующих главных частей:

·     неподвижной, соединенной с корпусом прибора;

·     подвижной, механической или оптической связанной с отсчетным устройством.

Отсчетное устройство предназначено для наблюдения значений измеряемой величины. Оно состоит из шкалы и указателя, располагаемых на лицевой стороне прибора. Шкалой называется совокупность отметок (штрихов), расположенных в определенной последовательности, и проставленных у некоторых из них чисел отсчета, соответствующих ряду последовательных значений измеряемой величины. Шкалы могут быть равномерными и неравномерными (квадратичными, логарифмическими и др.). Расстояние между двумя соседними штрихами называется делением шкалы. Разность значений измеряемой величины, соответствующая двум соседним отметкам называется ценой деления.

Указатели делятся на стрелочные и оптические. Оптические указатели состоят из источника света, зеркальца, расположенного на подвижной части, и системы зеркал удлиняющих путь луча света и направляющих его на полупрозрачную шкалу. Оптические указатели обеспечивают большую чувствительность прибора и меньшую погрешность отсчета по сравнению со стрелочным.

Подвижная часть прибора снабжается осью или полуосями, которые оканчиваются запрессованными в них стальными кернами. Последние опираются на корундовые или рубиновые подпятники. Трение керна о подпятник снижает чувствительность и точность прибора, поэтому подвижную часть устанавливают на растяжках или подвесах.

Электромеханический измерительный прибор содержит следующие узлы:

·     узел, создающий вращающий момент;

·     узел, создающий противодействующий момент;

·     успокоитель

Под воздействием вращающего момента подвижная часть всегда будет поворачиваться до упора. Необходим противодействующий момент Мп , направленный навстречу вращающему моменту. Противодействующий момент можно получить за счет механических или электрический сил. В первом случае он создается с помощью плоских спиральных пружин или металлических нитей, закрепленных концами на неподвижной и подвижной частях прибора и закручивающихся при повороте подвижной части. Механический противодействующий момент прямо пропорционален углу поворота. Во втором случае противодействующий момент создается за счет электромагнитной энергии измеряемой величины.

          Успокоитель предназначается для убыстрения процесса затухания колебаний подвижной части прибора, выведенной из равновесия. Наиболее распространены воздушные, жидкостные и магнитоиндукционные успокоители , с помощью которых время успокоения сокращается до 3-4с. По принципу преобразования электромагнитной энергии в механическую приборы разделяются на несколько групп (систем). Основными системами являются: магнитоэлектрическая, электромагнитная, электродинамическая (ферродинамическая) и электростатическая.

Показание любого измерительного прибора в силу ряда причин всегда несколько отличается от истинного значения измеряемой величины, т. е. прибор обладает некоторой погрешностью.

Погрешность показаний прибора является его основной характеристикой и определяет степень приближения его показаний к истинному значению измеряемой величины.

Погрешности измерений в зависимости от причин из возникновения классифицируются так:

Погрешности метода измерения - это погрешности, возникающие вследствие несовершенства применяемого метода измерения или из-за влияния допущений и упрощений в применении эмпирических формул.

Погрешности, возникающие в результате неправильной установки прибора. Измерительные приборы требуют предварительной проверки и определенной установки. Необходимо строгое соблюдение правил пользования измерительным прибором.

Погрешности, возникающие вследствие внешних влияний на средства измерения. Влияния температуры. При отклонении от этой температуры результаты измерений искажаются.

Влияния магнитных полей (магнитного поля Земли и магнитных полей токов) устраняют экранированием. В измерительных приборах экранирование предусмотрено их конструкцией, но он не является полным.

Влияние вредных вибраций и сотрясений устраняют путем применения различных пружин, резиновых прокладок.

4. Опишите принцип работы и устройство электронных вольтметров переменного тока? Чем определяется погрешность этих приборов?

4. Электронным вольтмет­ром называется прибор, показания которого вызываются током электронных приборов, т. е. энергией источника пи­тания вольтметра. Измеряемое напряжение управляет то­ком электронных приборов, благодаря чему входное сопро­тивление электронных вольтметров достигает весьма боль­ших значений и они допускают значительные перегрузки.

Электронные вольтметры делятся на аналоговые и дис­кретные. В аналоговых вольтметрах измеряемое напряже­ние преобразуется в пропорциональное значение постоян­ного тока, измеряемое магнитоэлектрическим микроампер­метром, шкала которого градуируется в единицах напряже­ния (вольты, милливольты, микровольты). В дискретных вольтметрах измеряемое напряжение подвергается ряду преобразований, в результате которых аналоговая измеряе­мая величина преобразуется в дискретный сигнал, значение которого отображается на индикаторном устройстве в виде светящихся цифр. Аналоговые и дискретные вольтметры ча­сто называют стрелочными и цифровыми соответственно.

Их основными особенностями являются: высокая чувствительность и широкие пределы измерений, которые при использовании усилителей и делителей напряжения охватывают область напряжений от единиц микровольт до тысяч вольт; малая входная ёмкость (единицы пикофарад) и высокое входное активное сопротивление (до десятков мегом); обширный диапазон рабочих частот (от десятков герц до сотен мегагерц); способность выдерживать большие перегрузки. К недостаткам электронных вольтметров относятся: необходимость питания от стабильных источников постоянного или переменного напряжения; необходимость в электрической установке стрелки измерителя на нуль или калибровке вольтметра перед началом измерений; сравнительно большая погрешность измерений (до 3-5%).

По принципу действия электронные вольтметры разделяются на две основные группы: вольтметры типа «усилитель - детектор», в которых измеряемое напряжение вначале усиливается, а затем выпрямляется для целей индикации измерителем постоянного тока, и вольтметры типа «детектор - усилитель», в которых измеряемое напряжение выпрямляется, а затем усиливается на постоянном токе. В зависимости от используемого вида активных элементов различают вольтметры транзисторные и ламповые.

1.  “Детектор – Усилитель постоянного тока”.

2.  “Усилитель – Детектор”.

Погрешность измерения возникает вследствие нелиней­ности изменения линейнопадающего напряжения, неста­бильности порога срабатывания сравнивающих устройств и возможности потери счетного импульса, т. е. погрешности дискретности. Основная погрешность составляет обычно 0,1 %.

5. Опишите принцип работы и устройство электродинамических вольтметров переменного тока? Чем определяется погрешность этих приборов?

5.Электродинамические вольтметры

Узел для создания вращающего момента состоит из неподвижной катушки, внутри которой помещена подвижная. Принцип действия заключается во взаимодействии магнитных полей неподвижной и подвижной катушек, по которым протекают измеряемые токи

Неподвижная катушка разделена на две половины, по которым протекает ток I1. Для измерения обе катушки соединяют последовательно. Подвижная катушка расположена внутри неподвижной, и по ней протекает ток I2, который подводится через спиральные противодействующие пружины или растяжки. Успокоение обычно воздушное.

Показания приборов электродинамической системы пропорциональны произведению токов, протекающих по катушкам.

К достоинствам этих приборов относятся: возможность перемножать измеряемые величины, т.е. измерять мощность; малая погрешность, так как в механизме нет железа. Недостатки: малая чувствительность; значительное потребление мощности; сложность конструкции; недопустимость перегрузки; нелинейность шкалы; влияние температуры, частоты и внешнего магнитного поля.

Выпускаются вольтметры электродинамической системы для применения в цепях переменного тока с частотой 50,400,1000,2000, 3000 Гц.

Щитовые вольтметры непосредственного включения выпускаются со шкалами до 450 В, переносные – от 7,5 до 600 В. Для расширения пределов измерения вплоть до 30 кВ применяют измерительные трансформаторов напряжения.

Ферродинамические приборы

Ферродинамические приборы являются разновидностью электродинамических с тем отличием, что неподвижные катушки заключены в сердечники из ферромагнитного материала. Такая конструкция обеспечивает значительное увеличение вращающего момента и хорошую защиту от внешних магнитных полей. Однако это приводит к увеличению погрешности прибора.

Вольтметры образуются путем последовательного включения электромагнитного преобразователя и добавочного резистора RД. При этом для уменьшения температурной погрешности из-за изменения сопротивления цепи протекания измеряемого тока отношение сопротивления добавочного резистора RД, выполняемого обычно из манганина, к сопротивлению медного провода катушки не должно быть меньше определенного значения, задаваемого допустимой температурной погрешностью. Поэтому в вольтметрах, предназначенных для измерения малых напряжений, приходится уменьшать сопротивление катушки за счет уменьшения числа ее витков, что ведет к снижению чувствительности приборов. Для избегания этого, расширение пределов измерения вольтметров в сторону малых напряжений осуществляется, как правило, не за счет изменения RД, а путем секционирования катушек и перехода с последовательного включения секций на параллельное. Расширение пределов измерений в сторону больших напряжений осуществляется до 600 В с помощью добавочных резисторов, а на более высокие напряжения - с помощью измерительных трансформаторов напряжения. Из-за различного характера частотной зависимости добавочного сопротивления RД и сопротивления катушки у вольтметров могут появляться дополнительные частотные погрешности.