Teoriya (1)
.pdf
поверхні грунту стає незначним.Область, за межами якої опором шарів землі можна нехтувати, називається областю ефективного опору. Її розмір залежить від глибини занурення електроду в грунт.
Теоретично опір землі можна визначити загальною формулою: R =pL / A (Опір = Питомий опір х Довжина / Площа )
Ця формула пояснює, чому зменшується опір концентричних шарів у міру їх видалення від електроду:
R = Питомий опір грунту х Товщина шаруючи / Площа
При обчисленні опору землі питомий опір грунту вважають незмінним, хоча це рідко зустрічається в практиці. Формули опору землі для систем електродів дуже складні і при цьому часто дозволяють обчислювати опір лише приблизно. Найчастіше використовується формула опору заземлення для випадку одного електроду, отримана професором Дуайтом (H. R. Dwight) з Массачусетського технологічного інституту:
R =p/2пL x ((In4L)-1) /r R =, де
R – опір заземлення штиря в омах
L – глибина заземлення електроду r – радіус електроду
p - середній питомий опір грунту в Ом•см.
ВПЛИВ РОЗМІРІВ ЕЛЕКТРОДУ І ГЛИБИНИ ЙОГО ЗАЗЕМЛЕННЯ Вплив розміру: збільшення діаметру штиря зменшує опір заземлення трохи. Подвоєння
діаметру знижує опір менше, ніж на 10% (див. мал.2).
Вплив глибини заземлення штиря: опір заземлення зменшується із збільшенням глибини. Теоретично при подвоєнні глибини опір зменшується на 40 %. Стандарт NEC (1987, 250-83-3) наказує заземляти штир мінімум на 8 футів (2,4 м) для забезпечення хорошого контакту із землею (див. рис.3). В більшості випадків штир, заземлений на 10 футів (3 м), задовольняє вимогам NEC.
Мінімальний діаметр сталевого штиря рівний 5/8 дюйма (1,59 см), а мідного або покритого міддю сталевого штиря - рівний 1/2 дюйми (1,27 см) (NEC 1987, 250-83-2).
На практиці мінімальний діаметр 3 м штиря заземлення рівний: 1/2 дюйми (1,27 см) для звичайного грунту 5/8 дюйма (1,59см) для сирого грунту
3/4 дюйми (1,91 см) для твердого грунту або для штиря довше 10 футів.
26 Компенсатори напруги постійного струму: принцип дії, будова, похибки, переваги та недоліки.
Компенсатори - прилади в яких вимірювання проводиться методом порівняння вимірюваної величини з еталонною.
Принцип дії компенсатора заснований на зрівноважуванні (компенсації) вимірюваного напруги відомим падінням напруги назразковому резисторі. Момент повн ої компенсації фіксується
індикаторнимприладом (нуль-індикатором), Розроблені компенсатори змінного і постійногоструму. Компенсаційний метод застосовується також у цифрових вимірювальних приладах.
Компенсатори можуть бути постійного та змінного струму. На рис. 1. наведено схему компенсатору постійного струму, який використовується у роботі і у якому поєднуються дві вищерозглянуті схеми компенсації. Компенсатор використовують для точного вимірювання напруги до 1,2 В. Для вимірювання більших напруг використовують зразкові подільники напруги. Шляхом непрямих вимірювань можливо виміряти струм, опір та потужність.
Рис. 1. Схема компенсатора постійного струму
Основними елементами схеми компенсатора є: Ux — вимірювана напруга; Г — гальванометр; П — перемикач, що має три положення. ‖НЕ‖ (нормальний елемент), ―Х‖ — вимірювана напруга та середнє (нейтральне) положення; ЗБ — зовнішня батарея; Rрс — змінний резистор для встановлення робочого струму; R — магазин опорів; R0 — зразковий опір; ЕН — нормальний елемент джерело ЕРС, значення якої відоме з точністю до п‘ятого знаку після коми. Значення ЕРС при температурі 20оС E20 вказано в паспортi. Для нормального елементу, що використовується в даній лабораторній роботі E20 = 1,01860 В.
При температурі, відмінній від 20оС, ЕРС (В) визначають за формулою:
Et = E20 - 40.6 
10-6 (t-20) — 0.95 
10-6 (t-20)2-0.01
10-6(t-20)3, (1)
де Et, E20 — ЕРС НЕ відповідно при температурі t і 20оС.
Для того, щоб робочий струм не змінювався при зміні ЕРС НЕ, зумовленої відхиленням температури, необхідно змінювати опір зразкового резистора Rо. Для цієї цілі використовують змінний резистор Rt, тобто Rt служить для введення поправки в зразковий опір при відхиленні температури від нормальної. Шкалу цього резистору градуюють в вольтах.
Відносна похибка нормального елемента може бути в межах від 0,02 до 0,0002%.За допомогою перемикача нуль-індикатор спочатку включається в ланцюг установочного опору Rу (положення перемикача 1). При цьому регулювальним опором Rрег домагаються відсутності струму в
ланцюзі нуль-індикатора. Це означає, що Iр Rу = Ене, звідки значення робочого струму визначається через співвідношення Iр = Ене / Rу = 10-nА (для кожного типу компенсатора величина п - число індивідуальне і незмінне, що забезпечується сталістю параметрів джерела напруги Ене і настановного опору Rу) . Потім нуль-індикатор включається в вимірювальну ланцюг (положення перемикача 2) і зміною вимірювального опору Rи-домагаються нульового струму, а значить; рівності Ux = IрR = ЕнеR / Rу. Отже, вимірюється напруга визначається з досить високою точністю і без порушення роботи вимірювального ланцюга, так як в момент вимірювання струм через індикатор не протікає За допомогою компенсатора можна також визначати струм в досліджуваному пристрої, перетворивши його попередньо в напругу згідно з формулою Ix = Ux / R 0, де R 0 - зразкове опір. При вимірах напруг на виробництві застосування знаходять автоматичні компенсатори, в яких підтримується різницеве значення Ux = Iр Rнач-Iр Rкон 0 за допомогою стежить системи. Тут Rнач і Rкон - частини вимірювального опору на початку і наприкінці циклу стеження. У сучасних конструкціях компенсаторів замість нормального елемента часто застосовуються еталонні (зокрема стабілізовані) джерела напруги з більш високим значенням коефіцієнта стабілізації, що дозволяє розширити верхню межу вимірювання компенсатора до декількох десятків вольт. Похибка компенсатора постійного струму визначається похибками резисторів Rи, Rу, ЕРС нормального елемента Ене, а також чутливістю нуль-індикатора. Сучасні потенціометри постійного струму мають клас точності від 0,0005 до 0,2. Верхня межа вимірювання до 1 ... 2,5 В. При достатній чутливості нуль-індикатора нижня межа вимірювання може становити одиниці нановольт.
27Компенсатори напруги змінного струму: принцип дії, будова, похибки, переваги та недоліки.
Компенсатори змінного струму застосовуються для дослідження електричних імагнітних кіл, для електричних вимірювань неелектричних величин, для повірокприладів і апаратів, а також у лічильно-вирішальних і телеізмерітельних пристроях.
Компенсатори змінного струму можуть застосовуватися для перевіроквимірювальних приладів, особливо фа-зочувствітельних приладів і фазометрів, атакож для перевірок трансформаторів струму, напруги та інших апаратів.
Компенсатори змінного струму можуть застосовуватися також для перевірок різнихобчислювальних пристроїв.
Компенсатори змінного струму поділяють на полярні і комплексні.
Компенсатори змінного струму застосовуються для вимірювань змінних струму і напруги головним чином у тих випадках, коли крім модуля необхідно визначити і фазу вимірюваної величини.
Компенсатори змінного струму по точності вимірювань значно поступаються компенсаторів постійного струму. Це пояснюється головним чином тим, що не існує еталона електрорушійної сили змінного струму, аналогічного нормальному елементу. Робочий струм в компенсаторах змінного струму доводиться встановлювати по приладах обмеженою точності, зазвичай по амперметрів електродинамічної системи в кращому разі класу 0 1 або 0 2 або, як це буде показано далі, по нормальному елементу з використанням проміжного термоперетворювача.
Компенсатори змінного струму застосовуються для дослідження електричних і магнітних кіл в широкому діапазоні частот-від інфразвукових до ультразвукових.
Компенсатори змінного струму з косокутної-координатної Системою застосовуються в основному в якості елементів лічильно-обчислювальних пристроїв і векторметров.
Компенсатори змінного струму по точності вимірювань значно поступаються компенсаторів постійного струму. Це пояснюється головним чином тим, що не існує заходи ЕРС змінного струму, аналогічної нормальному елементу. Робочий струм в компенсаторах змінного струму доводиться встановлювати по амперметрів в кращому разі класу точності 0 05 або 0 1 або, як це буде показано далі, по нормальному елементу з використанням проміжного термоперетворювача.
При застосуванні компенсатора змінного струму для вимірювання перерахованихвище магнітних і неелектричних величин останні повинні бути спочатку перетворенів пропорційні по амплітуді і фазі напруги.
28 Електродинамічні частотоміри: принцип дії, будова, діапазон вимірювань, похибки, переваги та недоліки.
Електродинамічні частотоміри — це прилади зі стрілко-вим покажчиком, виконані на основі електродинамічно¬го логометра. Вони вирізняються відносно високим кла¬сом точності, зручністю в користуванні, бо дають мож¬ливість робити відлік за положенням стрілки на шкалі, градуйованій безпосередньо у герцах.
Схему одного з переносних частотомірів, що виробля¬ються в Україні, зображено на рис. 14.2. На схемі позначе¬но: Р1 і Р2 — обмотки рухомих рамок приладу, жорстко закріплених на осі рухомої системи під прямим кутом одна до одної; НК1 і НК2 — обмотки нерухомих котушок; L — котушка індуктивності з феромагнітним осердям, що має невеликий повітряний проміжок; C1 — конденсатор, який створює резонансний контур з котушкою L; r1 — додатко¬вий опір, r1 — підгінний опір; C2 — конденсатор, реактив¬ний опір якого обмежує величину струму, що проходить че-рез обмотку рамки Р2; АТ — автотрансформатор, що дає можливість при величинах номінальних напруг контрольо¬ваної частотоміром мережі 36, 100, 127 або 220 В подавати на вимірювальний механізм певну величину напруги, на якій проводилось градуювання приладу. Зауважимо, що відхилення величини напруги мережі у межах ±10 % від її номінальної величини викликає лише невелику додаткову похибку у показаннях, яка не виходить за межі, допустимі для класу приладу. Частотоміри за наведеною схемою ви¬робляють у декількох модифікаціях. Всі ці прилади здатні вимірювати частоти від 45 до 1650 Гц. Діапазон вимірювань частоти кожним з цих приладів відповідає ±10 % від значення середньої частоти, вимірюваної даним приладом, тобто від 45...55 до 1350...1650 Гц.
Клас точності цих приладів — 0,2, тобто їхня основна похибка не перевищує ±0,2 % від середньої частоти, вимі¬рюваної приладом.
У цих приладах зі зміною величини частоти змінюються і також величина і фаза струму у нерухомих котушках HK1 і HK2 і у рухомій котушці-рамці Р1. Так, якщо за частоти, що відповідає показанню посередині шкали приладу, величина реактивного індуктивного опору вітки, за якою проходить струм I1, дорівнюватиме величині ємнісного реактивного опору конденсатора C1, тоді через наявність резонансу напруг струм I1, буде найбільшим і перебуватиме у фазі з напругою UF.
Рис. 14.2
Схема електродинамічного частотоміра
Рамка Р1 під дією обертового моменту, створеного взаємодією струму в рамці з магнітним потоком нерухомих котушок HK1 і HK2, перебуватиме у положенні, де площи¬ни цієї рамки і нерухомих котушок збігатимуться. Дією рамки Р2 можна знехтувати, бо через неї проходить струм I2, зсунутий відносно напруги UF майже на 90°. Якщо ж вели¬чина частоти напруги UF буде відмінна від частоти резонансу fP, то фаза струму I1 відносно напруги UF вже не збіга¬тиметься з напругою, і кут зсуву по фазі струму I1 відносно струму I2 буде відмінним від 90°. Тоді магнітний потік неру¬хомих котушок, взаємодіючи зі струмом I2, створить обер¬товий момент, що буде врівноважений моментом, створю¬ваним рамкою Р1 при повороті рухомої частини приладу на кут, відповідний вимірюваній частоті напруги UF. Зі схеми видно, що величина напруги UF не впливає на кут відхилен¬ня рухомої частини, бо зміна величини напруги однаково вплине як на величину струму I1, так і на величину струму I2. Це призведе до однакової зміни величин обертових мо¬ментів, створюваних рамками Р1 і Р2, котрі протидіють один одному, тобто не змінить рівноваги між ними за даного по¬ложення рухомої частини приладу.
У цьому приладі, як і у всякому логометрі, відсутні спіральні пружини, а струм підводиться до рамок за допо¬могою трьох тонких "безмоментних" струмопідводів.
29 Електронні конденсаторні частотоміри: принцип дії, будова, діапазон вимірювань, похибки, переваги та недоліки.
Електронні конденсаторні частотоміри застосовуються для виміру частот у діапазоні від 10 Гц до 1 МГц. Принцип роботи таких частотомірів грунтується на поперемінному заряді конденсатора від батареї з наступним його розрядом через магнітоелектричний механізм. Цей процес здійснюється з частотою, рівній частоті вимірювання, оскільки переключення робиться під впливом самої досліджуваної напруги. За час одного циклу через магнітоелектричний механізм буде протікати заряд Q=CU, отже, середній струм, що протікає через індикатор, буде дорівнювати Icр=Qfx=CUfx. Таким чином, показання магнітоелектричного амперметра виявляються пропорційні частоті що вимірюється. Основна приведена похибка таких частотомірів лежить у межах 2-3%.
•Призначення: налаштування і обслуговування низькочастотної апаратури.
Рис. 1 Схема конденсаторного частотоміра f(x) – вимірювальна частота
С – конденсатор П – перемикач Е – джерело Е.Р.С.
mA – мікроамперметр
Похибка конденсаторного частотоміра викликається, в першу чергу, нестабільністю конденсатора і нестабільністю напруги імпульсу, що виробляється формувачем. Крім того, при роботі на високих частотах ємність С не встигає повністю зарядитися і розрядитися – це обмежує діапазон частот конденсаторного частотоміра.