МСС_лб 3_LabVIEW-

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

___________________________________________

ГОУ ВПО Казанский государственный энергетический университет

Кафедра ТОЭ

ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ В ЦЕПЯХ ПОСТОЯННОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

Лабораторная работа № 3 по курсу

″Метрология, стандартизация и сертификация″ (Продолжительность лабораторного занятия – 4 часа)

Казань, 2012

Цель работы

Целью настоящей работы является ознакомление студентов с методами и средствами измерения мощности в цепях постоянного тока, получение навыков работы с измерительными приборами и обработки результатов измерений, а также с причинами возникновения и способами учета погрешностей косвенных измерений мощности.

Краткие теоретические сведения

Измерение мощности в цепях постоянного и переменного тока производится электродинамическими и ферродинамическими ваттметрами, кроме того, используются цифровые ваттметры, в которых для нахождения мощности реализована функция перемножения векторов тока и напряжения. В лабораторных условиях электродинамические ваттметры до сих пор используются чаще других, они выпускаются в виде переносных многопредельных приборов с классом точности 0,1-0,5.

В отсутствие дорогих и сложных электродинамических и цифровых ваттметров удобно измерять мощность постоянного тока косвенно - при помощи амперметра и вольтметра. При таком измерении мощность потребления нагрузки R определяется произведением тока в нагрузке I и падением напряжения на ней U:

P U I I 2 R.

При косвенных измерениях электрической мощности возможны две схемы включения приборов (рис. 1). В обоих случаях на результатах измерений сказывается методическая погрешность, обусловленная влиянием внутреннего сопротивления вольтметра и/или амперметра. В схеме, представленной на рис. 1а, амперметр измеряет не ток нагрузки, а сумму токов нагрузки Iнагр. и вольтметра IV, в схеме, представленной на рис. 1б, - показания вольтметра определяются не падением напряжения на нагрузке, а суммой падений напряжения на нагрузке Uнагр. и амперметре UА.

Следовательно, в обоих случаях мощность, вычисленная на основании показаний амперметра и вольтметра, будет отличаться от действительного значения PД. Первую схему лучше использовать, если Rнагр.<< RV, вторую –

если Rнагр. >> RА, где Rнагр. – сопротивление нагрузки, а RV и RА – внутреннее сопротивление вольтметра и амперметра соответственно.

При выполнении косвенных измерений мощности в соответствии с описанной выше процедурой абсолютная методическая погрешность измерений в случае, изображенном на рис. 1а, вычисляется по формуле

Оценка предельной результирующей относительной инструментальной погрешности косвенных измерений мощности электрического тока проводиться по формуле:

где ∆Р, ∆I и ∆U – абсолютные погрешности измерений мощности, силы тока

инапряжения соответственно.

Вцепях переменного тока мгновенное значение мощности потребления

p(t)= u(t)∙i(t)

где u(t), i(t) – мгновенные значения напряжения и тока нагрузки соответственно.

В цепях однофазного синусоидального тока измеряют активную P,

реактивную Q и полную S мощности:

P U I cos ; Q U I sin ;

S U I ,

где U, I – действительные значения напряжения и тока в цепи; φ – сдвиг по фазе между напряжением и током в нагрузке.

Чаще всего ограничиваются измерением активной мощности. В реальных условиях подвижная катушка ваттметра обладает небольшой индуктивностью. Поэтому следует учитывать угловую погрешность измерения мощности, связанную с влиянием частоты сети и характером нагрузки.

Описание лабораторного стенда

Лабораторный стенд представляет собой LabVIEW компьютерную модель, располагающуюся на рабочем столе персонального компьютера. На стенде (рис. 2) находятся две модели магнитоэлектрического вольтамперметра, модель магазина сопротивлений, модель универсального источника питания (УИП) и модель устройства коммутации (КУ).

Рис. 2. Вид модели лабораторного стенда на рабочем столе компьютера при выполнении лабораторной работы № 3 (1 - магнитоэлектрические вольтамперметры, 2 - магазин сопротивлений, 3-УИП, 4-КУ)

Модели магнитоэлектрических вольтамперметров используются при моделировании процесса прямых измерений постоянного электрического напряжения и силы постоянного электрического тока методом непосредственной оценки. В режиме измерения постоянного напряжения пределы измерения могут выбираться в диапазоне от 0,075 В до 600 В. В режиме измерения постоянного тока пределы измерения могут выбираться в диапазоне от 0,075 мА до 3 А. Класс точности нормирован для приведенной

Рабочее задание

Вданной лабораторной работе требуется произвести:

1.косвенные измерения мощности в цепи постоянного тока в низкоомных цепях;

2.косвенные измерения мощности в цепи постоянного тока в высокоомных цепях.

Порядок выполнения работы

1. Изучите описание работы и краткие теоретические сведения. Продумайте свои действия за компьютером. Запишите основные характеристики моделей средств измерений в табл. 1.

2.Запустите программу лабораторного практикума и выберите лабораторную работу № 3.2 «Измерение мощности постоянного электрического тока» в группе работ «Измерение электрических величин». На рабочем столе компьютера автоматически появятся модель лабораторного стенда с моделями средств измерений и вспомогательных устройств (рис. 2.) и окно созданного в среде MS Excel лабораторного журнала, который служит для формирования отчета по результатам выполнения лабораторной работы.

3.Ознакомьтесь с расположением моделей отдельных средств измерений

идругих устройств на рабочем столе.

4.Подготовьте к работе модель УИП:

•включите тумблер «СЕТЬ»;

•тумблер переключения поддиапазонов УИП установите в положение,

заданное преподавателем;

• с помощью ручки плавной регулировки выходного напряжения установите нулевое напряжение на выходе УИП.

5. Приступите к выполнению заданий лабораторной работы.

Задание 1. Выполнение косвенных измерений мощности постоянного электрического тока в низкоомных цепях

•С помощью КУ включите приборы по схеме, изображенной на рис. 1а.

•Установите напряжение на выходе УИП и сопротивление на магазине сопротивлений, указанные преподавателем.

•Выполните измерение и запишите в отчет показания вольтметра, амперметра и магазина сопротивлений, а также выбранные диапазоны приборов.

Внимание: при выполнении задания изменяйте по необходимости пределы измерений вольтметра и амперметра так, чтобы показания попадали

врабочий диапазон средств измерений (рекомендуется, чтобы показания оказывались как можно ближе к пределу шкалы прибора).

•Произведите измерения для остальных значений сопротивлений низкоомной нагрузки, указанных преподавателем.

•Повторите все пункты задания 1 для схемы 1б.

•Результаты измерений занесите в табл. 2.

Задание 2. Выполнение косвенных измерений мощности постоянного электрического тока в высокоомных цепях

•Выполните измерение мощности постоянного электрического тока в цепи при различных значениях сопротивления R для случая, когда измерительные приборы включены по схеме, изображенной на рис. 1б. Для этого, не меняя напряжения на выходе УИП, переключите КУ в положение 2.

•Установите сопротивление магазина, указанное преподавателем.

•Снимите показания вольтметра, амперметра и магазина сопротивлений, а также выбранные диапазоны приборов. Запишите полученные результаты в отчет.

•Не меняя напряжения на выходе УИП, продолжите измерения, для остальных значений сопротивления нагрузки, указанных преподавателем.

•Повторите все пункты задания 2 для схемы 1а.

•Результаты измерений занесите в табл. 2.

7.Закройте приложение LabVIEW и при необходимости выключите компьютер.

8.По полученным экспериментальным данным заполните табл. 3., по

ее результатам сделайте выводы.

Таблица 3.

Обработка результатов измерений

1. Измеренные значения тока и напряжения соответственно определяются по формулам:

2. Абсолютная погрешность измерения тока, напряжения определяется следующим образом:

3. Абсолютная погрешность мощности для КУ в положении 1:

Мощность определяется по известной формуле: РД = U∙I

4. Относительные погрешности тока, напряжения и мощности определяются по следующим формулам:

Контрольные вопросы

1.Какие электромеханические механизмы используются в ваттметрах постоянного тока?

2.Назовите основные источники погрешности при косвенном измерении мощности постоянного тока.

3.Исправный электродинамический ваттметр имеет класс точности 0,5 и шкалу от 0 до 100 Вт. Какова максимально возможная относительная погрешность измерения мощности, если прибор показывает 50 Вт?

4.В каком диапазоне частот можно использовать электродинамический ваттметр?

5.Что можно отнести к существенным достоинствам ферродинамических ваттметров?

6.Что на практике является источником методической погрешности?

7.Нарисуйте схему включения амперметра и вольтметра для косвенного измерения мощности, применяемой преимущественно при условии, что Rнагр.<< RV. Объясните, почему именно эта схема используется при этом условии.

8.Нарисуйте схему включения амперметра и вольтметра для косвенного измерения мощности, применяемой преимущественно при

условии, что Rнагр. >> RА. Объясните, почему именно эта схема используется при этом условии.

9.Правовые основы метрологической деятельности в РФ.

10.Ответственность за нарушение законодательства по метрологии.