Лаб.раб

На лицевой стороне стрелочных прибора указывается класс точности, который определяет приведенную относительную погрешность прибора γПР. Приведенная относительная погрешность прибора – это выраженное в процентах отношение максимальной для данного прибора абсолютной погрешности А к номинальному значению прибора (пределу измерений) AНОМ:

γПР = 100 А /AНОМ %.

Промышленность в соответствии с ГОСТ выпускает приборы с различными

11

классами точности (0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,5; 2,5; 4,0). Зная класс точности прибора, можно определить допустимую (максимальную) абсолютную А и относительную погрешности измерения γИЗМ, а также действительное значение измеряемой величины AД:

А = γПР AНОМ/100; γИЗМ = 100 А/А; AД = А ± А.

Нетрудно сделать вывод, что относительная погрешность измерения тем больше, чем меньше измеряемая величина по сравнению с номинальным значением прибора. Поэтому желательно не пользоваться при измерении начальной частью шкалы стрелочного прибора.

Для обеспечения малой методической погрешности измерения необходимо, чтобы сопротивление амперметра было значительно меньше сопротивления нагрузки, а сопротивление вольтметра было значительно больше сопротивления исследуемого участка.

3.2. Методические указания к п. 2.2

Расчетную относительную погрешность измерения в любой точке шкалы прибора можно определить, полагая, что его допустимая абсолютная погрешность А известна и постоянна:

γИЗМ = 100 А/АИЗМ ,

где АИЗМ – условное измеренное значение величины, задаваемое в пределах шкалы прибора от минимального значения до номинального значения данного прибора. Обратить внимание на значение относительной погрешности измерения, соответствующее предельному значению измеряемой величины, и сравнить его с классом точности прибора.

3.3. Методические указания к п. 2.3–2.6

При проведении измерений в электрических цепях широкое применение получили цифровые мультиметры – комбинированные цифровые измерительные приборы, позволяющие измерять постоянное и переменное напряжение, постоянный и переменный ток, сопротивления, проверять диоды и транзисторы. Для проведения конкретного измерения необходимо установить переключателем предполагаемый предел измерений измеряемой величины (ток, напряжение, сопротивление) с учетом рода тока (постоянный или переменный). Представление результата измерения происходит на цифровом отсчетном устройстве в виде обычных удобных для считывания десятичных чисел. Наибольшее распространение в цифровых отсчетных устройствах мультиметров получили жидкокристаллические индикаторы. На передней панели такого прибора находится переключатель функций и диапазонов. Этот переключатель используется для выбора функций и желаемого предела измерений. Для продления срока службы источника электропитания переключатель должен находиться в положении «OFF» в тех случаях, когда прибор не используется.

К техническим характеристикам цифровых приборов, которые необходимо учитывать при выборе относятся:

12

–диапазон измерений (обычно прибор имеет несколько поддиапазонов);

–разрешающая способность, под которой часто понимают значение измеряемой величины, приходящееся на единицу дискретности, то есть один квант;

–входное сопротивление, характеризующее собственное потребление прибором энергии от источника измерительной информации;

–погрешность измерения, часто определяемая как ±(% от считываемых данных + количество единиц младшего разряда).

Мультиметр часто имеет батарейное питание, поэтому перед использованием прибора необходимо проверить батарею электропитания путем включения прибора. Если батарея разряжена, то на дисплее возникнет условное изображение батареи. Мультиметры в данном стенде питаются от выпрямительного устройства, вмонтированного в модуль. Перед проведением измерений необходимо переключатель включения и выбора функций установить в соответствующую позицию. Мультиметры, используемые в стенде, имеют режим автоматического выбора предела измерений при измерении сопротивлений, постоянного и переменного напряжений.

Для предотвращения повреждения схемы прибора входные токи и напряжения не должны превышать указанных величин. Если предел измеряемого тока или

напряжения заранее неизвестен, следует устанавливать переключатель пределов на максимум и затем переключать его вниз по мере необходимости.

С помощью кнопочного переключателя «Range» можно устанавливать требуемый поддиапазон измерения напряжения, тока, сопротивления вручную. При нажатии на кнопку «Range» можно установить следующие пределы измерений:

–при измерении постоянного напряжения 400,0 мВ; 4,000 В; 40,00 В; 400,0 В; 1000 В;

–при измерении переменного напряжения 400,0 мВ; 4,000 В; 40,00 В; 400,0 В; 750 В;

–при измерении сопротивлений 400,0 Ом; 4,000 кОм; 40,00 кОм; 400,0 кОм; 4,000 МОм; 40,00 МОм.

Нажатие и удерживание кнопки «Range» в течение 2 секунд возвращает прибор в режим автоматического выбора поддиапазона измерений.

При нажатии на кнопку «DATA-HOLD» на дисплее сохранится последнее значение и загорится символ «H» вплоть до нового нажатия на эту кнопку.

Кнопка «=/~» переключает режим измерения постоянного или переменного тока.

Перед тем как изменить положение переключателя пределов для смены рода работы, необходимо отключить щупы от проверяемой цепи. Никогда не проверяйте сопротивление в цепи, когда включен источник электропитания!

Для измерения напряжения подключите один щуп к разъему COM, а другой –

кразъему «V/Ω», установите переключатель функций в положение измерения постоянного «V=» (DC) или переменного «V~» (AC) напряжения. Подсоедините концы щупов к измеряемому источнику напряжения. При измерении постоянного напряжения полярность напряжения на дисплее будет соответствовать полярно-

13

сти напряжения на щупе, включенного в гнездо «V/Ω», относительно второго щупа, включенного в гнездо «COM». При отрицательном значении постоянного напряжения на индикаторе высвечивается символ «–».

Входное сопротивление прибора 10 мОм. Диапазон частот 40–200 Гц для поддиапазона 4 В и 40 Гц–1 кГц для всех остальных поддиапазонов. Калибровка прибора в действующих (эффективных, среднеквадратических) значениях синусоидального сигнала.

Для измерения сопротивлений подключите один щуп к разъему «COM», а второй – к разъему «V/Ω», установите переключатель функций на «Ω» и подсоедините концы щупов к измеряемому сопротивлению. Когда щупы не подключены, на индикаторе будет индицироваться «ОL».

Перед измерением сопротивлений в схеме убедитесь, что схема обесточена и все конденсаторы разряжены.

3.4. Методические указания к п. 2.7

Цифровой универсальный измеритель мощности предназначен для измерения параметров электрической цепи:

–действующего значения напряжения (True RMS) в поддиапазонах 0–30 В, 0–300 В;

–действующего значения тока (True RMS) в поддиапазонах 0–0,2 А, 0–2 А;

–активной мощности в диапазоне 0–600 Вт;

–реактивной мощности в диапазоне 0–600 ВАр;

–полной мощности в диапазоне 0–600 ВА;

–частоты в диапазоне 5–200 Гц;

–cos ϕ;

–угла сдвига фаз ϕ между током и напряжением.

На рис. 1.2 представлена условно лицевая панель прибора и схема его включения в цепь (показано пунктирными линиями). Прибор содержит:

–клеммы подачи входного измеряемого сигнала (генератора) A и N и клеммы подключения потребителя (нагрузки) A1 и N. Шунт для измерения тока нагрузки подключен между клеммами A и A1;

–жидкокристаллический четырехстрочный индикатор для вывода информа-

ции;

–выключатель «Сеть» для включения питания прибора;

–тумблер «U» выбора поддиапазона измерения напряжения;

–тумблер «I» выбора поддиапазона измерения тока;

–кнопку «P/Q/S» изменения вывода информации в третьей строке индикатора (соответственно, активной, реактивной и полной мощности);

–кнопку «f/cosϕ/ϕ» изменения вывода информации в четвертой строке индикатора (соответственно, частоты, косинуса и угла сдвига фаз между током и напряжением).

С задней стороны прибора установлены розетка для подключения питания сети и колодка предохранителя.

14

Последовательность подключения прибора и выполнения измерений:

–подключить кабель питания к прибору и к сети ~220 В (разъем на кожухе модуля питания);

–подключить внешние цепи измерения;

–выбрать необходимые пределы измерения тока и напряжения;

–включить тумблер «Сеть»;

–выбирая кнопками «P/Q/S» и «f/cosϕ/ϕ» считать требуемые показания физических величин (для изменения вывода требуемого параметра в третьей и четвертой строках индикатора кнопки необходимо нажать на 1–2 с).

При одновременном нажатии и удержании в течение двух секунд кнопок

д) выводы по работе.

5. Контрольные вопросы

1.Какова конструкция и принцип действия приборов магнитоэлектрической и электромагнитной систем?

2.Каковы основные достоинства и недостатки приборов магнитоэлектрической и электромагнитной систем?

3.Что такое предел измерения?

4.Как определяется цена деления прибора?

5.Что такое абсолютная и относительная погрешности измерения?

6.Как рассчитать максимальную допустимую абсолютную погрешность стре-

15

лочного прибора?

7.Как рассчитать относительную погрешность измерения стрелочного прибора в любой точке шкалы прибора?

8.В какой части шкалы прибора измерения точнее и почему?

9.Что характеризует класс точности прибора?

10.Каковы основные достоинства цифровых измерительных приборов?

11.Как определяется погрешность измерений цифрового прибора?

16

Работа № 2. ЛИНЕЙНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

1. Цель работы

Получение навыков сборки простых электрических цепей, включения в электрическую цепь измерительных приборов. Научиться измерять токи и напряжения, убедиться в соблюдении законов Ома и Кирхгофа в линейной электрической цепи. Исследовать влияние изменения параметров одного потребителя на режим работы других потребителей при последовательном, параллельном и смешанном соединении.

2. Предварительное домашнее задание

2.1.Изучить тему «Линейные электрические цепи постоянного тока», содержание данной лабораторной работы и быть готовым ответить на все контрольные вопросы к ней.

2.2.Пользуясь схемами соединений (рис. 2.1, 2.2, 2.3), начертить принципиальные схемы исследуемых цепей исследуемых цепей с включенными измерительными приборами.

3, Порядок выполнения работы

3.1.Ознакомиться с лабораторной установкой (модуль питания, модуль резисторов, модуль вольтметров, модуль амперметров постоянного тока, измеритель мощности).

3.2.Собрать линейную электрическую цепь постоянного тока с последовательным соединением элементов (рис. 2.1). Установить в соответствии с заданным вариантом (табл. 2.1) переключатели модуля резисторов SA1, SA2, SA3 в соответствующие позиции. На измерителе мощности установить пределы измерений «30 В» и «2 А». Представить схему для проверки преподавателю.

3.3. Включить электропитание стенда (автоматический выключатель QF1 модуля питания и выключатель SA2 этого же модуля). Измерить ток в цепи, величину напряжение на входе цепи и напряжения на резисторах R1, R2 и R3. Результаты измерений занести в табл. 2.2. Изменить величину сопротивления R2 и снова провести аналогичные измерения. Выключить питание. По результатам измерений вычислить сопротивление каждого потребителя (R1, R2, R3) и общее (эквивалентное) сопротивление RЭ цепи. Результаты вычислений занести в табл. 2.2.

17

Сравнить результаты измерений и убедиться в том, что сумма сопротивлений отдельных потребителей равна сопротивлению всей цепи. Убедиться в соблюдении второго закона Кирхгофа. Объяснить изменение режима работы цепи и отдельных потребителей при изменении величины сопротивления одного из резисторов.

3.4. Собрать линейную цепь с параллельным соединением резисторов (рис. 2.2). Установить переключатели SA1, SA2, SA3 модуля резисторов в позицию «∞». После проверки собранной цепи включить электропитание стенда и измерителя мощности. Установить с помощью переключателя SA1 значение резистора R1 в соответствии с заданным вариантом (табл. 2.3). Измерить напряжение и токи в цепи. Результаты измерений занести в табл. 2.2. Установить с помощью пе-

18

реключателя SA2 заданное преподавателем новое значение второго резистора R2 и снова измерить напряжение и токи в цепи. Затем аналогично подключить третий резистор и измерить напряжение и токи. Результаты измерений занести в табл. 2.3.

R1

SA1

SA2

R3

SA3

+

Рис. 2.2

Изменить в соответствии с заданным вариантом величину сопротивления R2 и снова провести измерения. Выключить электропитание. По результатам измерений рассчитать сопротивления резисторов R1, R2, R3 и сопротивление всей цепи RЭ, проводимости отдельных ветвей g1, g2, g3 и всей цепи gЭ. Результаты вычислений занести в табл. 2.4. Убедиться в соблюдении первого закона Кирхгофа. Сделать вывод об изменении режима работы цепи и отдельных потребителей при изменении величины сопротивления резистора R2.

19

3.5. Собрать линейную цепь со смешанным соединением резисторов (рис. 2.3).

R1

SA1

R2

+ +

SA2

R3

SA3

Рис. 2.3

Установить переключатели SA1, SA2, SA3 модуля резисторов в соответствии с заданным вариантом (табл. 2.5). После проверки схемы преподавателем включить электропитание стенда и измерителя мощности. Измерить напряжения на входе цепи и на всех участках цепи, а также все токи. Результаты занести в табл. 2.6. Установить новое значение резистора R2 и снова измерить напряжения и токи в цепи. Выключить электропитание. По результатам измерений вычислить мощность каждого участка цепи Р1, Р2, Р3 и всей цепи Р. определить эквивалентное сопротивление цепи RЭ, Результаты вычислений занести в

20