- •Экзаменационный билет № 1
- •1. Определение и классификация средств измерений. Задача измерений, основные единицы. Виды измерений.
- •2. Двойные (шестиплечие) мосты постоянного тока, принципиальная схема, уравнение равновесия, область применения, точность.
- •Экзаменационный билет № 2
- •1. Метрологические характеристики средств измерений: определение, классификация. Абсолютная, относительная приведенная погрешности. Класс точности приборов.
- •2. Двойные (шестиплечие) мосты постоянного тока, принципиальная схема, уравнение равновесия, область применения, точность.
- •Экзаменационный билет № 3
- •1. Обобщенные характеристики приборов: чувствительность, постоянная прибора, показатели надежности.
- •2. Мосты переменного тока. Управление состояния моста. Два условия равновесия моста, сходимость.
- •Экзаменационный билет № 4
- •Аналоговые измерительные приборы. Общие сведения. Классификация измерительных приборов по способу преобразования электрической энергии.
- •Цифровые приборы. Основные определения. Коды, системы счисления. Погрешности цифровых приборов.
- •Экзаменационный билет № 5
- •Экзаменационный билет № 6.
- •Экзаменационный билет № 7.
- •Экзаменационный билет № 8.
- •Экзаменационный билет № 9.
- •Экзаменационный билет № 10.
- •Экзаменационный билет № 11.
- •Экзаменационный билет № 12.
- •Экзаменационный билет № 13.
- •Экзаменационный билет № 14
- •Экзаменационный билет № 15
- •2. Трансформаторы, режимы работы, коэффициенты передачи.
- •Экзаменационный билет № 16
- •Экзаменационный билет № 17
Экзаменационный билет № 11.
Электростатические вольтметры, принцип действия и конструкция, основные зависимости, характеристики, область применения. Расширение пределов измерения электростатических вольтметров.
П риборы этой системы работают на принципе взаимодействия электрически заряженных тел. Конструктивно они представляют собой подвижный 1 и неподвижный 2 электроды, разделенные диэлектриком, которые образуют конденсатор (рис. 8.16). Под действием приложенного напряжения между подвижными и неподвижным электродами возникает сила, направленная в сторону увеличения емкости, а значит, и энергии электростатического поля. Эта сила вызывает перемещение подвижного электрода ИМ. В зависимости от способа изменения емкости различают электростатические ИМ с переменной активной площадью электродов и с переменным расстоянием между электродами. Если между электродами существует разность потенциалов, то на подвижную часть действует вращающий момент
где С — емкость между электродами; U — приложенное к ним напряжение. Установившееся отклонение подвижной части ИМ при использовании прибора на постоянном токе
где U — значение напряжения постоянного тока. Здесь направление отклонения указателя не зависит от полярности подключения измеряемой величины, поскольку в это выражение она входит во второй степени.
При работе на переменном токе
где U — действующее значение напряжения, приложенное к электродам; А (2т)) — значение амплитудно-частотной характеристики ИМ при аргументе 2η.
Выпускаемые приборы рассчитаны на использование в цепях с со отношением η>>1, поэтому
Подбором формы электродов можно получить желаемую зависимость . Так, у выпускаемых в настоящее время вольтметров соответствующим подбором этой зависимости обеспечивается практически равномерность шкалы прибора.
Обычные электростатические приборы малочувствительны. Значительное увеличение чувствительности по напряжению достигается в электрометрах благодаря наличию вспомогательных источников напряжения. В составе его ИМ три электрода: один подвижный и два неподвижных. Неподвижные электроды 1 могут быть представлены парой сегментов (бинантные электрометры) — рис. 8.17, а либо двумя парами (квадрантные) — рис. 8.17, б, противоположные квадранты которых обычно соединены электрически, места соединения являются клеммами неподвижных электродов. Подвижная часть электрометра крепится с помощью растяжек либо подвеса (металлического либо из кварцевой нити), причем подвижный электрод 2 (бисквит) у бинантных электрометров состоит из двух половин, электрически изолированных друг от друга.
Если к электродам подвести различные потенциалы, подвижная часть начнет поворачиваться в сторону электродов с более высоким потенциалом, что приводит к изменению емкостей между подвижным и неподвижным электродами. Так, по отношению к одному из неподвижных электродов емкость (С1) будет уменьшаться, а по от ношению к другому (С2) — увеличиваться. Если потенциалы неподвижных электродов U1 и U2, а подвижного — U3, то электрическая энергия электрометра . Поскольку подбором формы бисквита и квадрантов можно получить одинаковые скорости изменения емкостей С1 и С2 по углу поворота подвижной части ИМ , вращающий момент
Вращающий момент зависит от места подключения измеряемого и вспомогательного напряжений. Чаще всего используются бисквитное, квадрантное и двойное подключения.
При бисквитном подключении между клеммами неподвижных электродов и землей (рис. 8.17, б) приложены напряжения U1 и U2, равные по значению (U1=U2=U0) и противоположные по знаку; измеряемое напряжение U подключается между клеммой подвижного
электрода и землей, т.е. U3 = U. Установившееся отклонение при измерении на постоянном токе
на переменном токе
где U и U0 — действующие значения измеряемого и вспомогательного напряжений; ξ — угол сдвига фаз между ними.
При квадрантном подключении (рис. 8.17, г) измеряемое напряжение подается на клеммы неподвижных электродов, одна из которых заземляется, а вспомогательное напряжение — между клеммой подвижного электрода и землей. Тогда
Вспомогательное напряжение на постоянном токе неизменно, а на переменном, к тому же, должно быть той частоты, что и измеряемое. Чувствительность электрометров пропорциональна вспомогательному напряжению и составляет примерно 2 * 10-4 В/дел, у квадрантных электрометров и 0,5 * 10-4 В/дел, у бинантных. Шкала равномерная.
При двойном подключении (рис. 8.17, д) клемма одного из неподвижных электродов соединяется с подвижным, а другого — с землей; измеряемое напряжение подается на клеммы неподвижных электродов. В этом случае электрометр работает как обычный электростатический вольтметр как на переменном, так и на постоянном токе.
Достоинствами электростатических приборов являются: малое потребление энергии, которое заметно лишь на высоких частотах; практически независимость показаний в широком частотном диапазоне — от измерений на постоянном токе до десятков мегагерц (верхний предел частотного диапазона ограничен входной емкостью и индуктивностью ввода); высокий класс точности (в зависимости от пределов измерений и частотного диапазона основная погрешность составляет 0,5...0,05 %); независимость показаний от формы кривой измеряемого напряжения. К недостаткам относят: сравнительно низкую чувствительность (за исключением электрометров); слабое собственное электрическое поле, в связи с чем для уменьшения влияния внешних электрических полей применяют электростатическое экранирование. В качестве экрана используют токопроводящую окраску внутренней поверхности пластмассовых корпусов либо металлический корпус прибора. Экран соединяется с одним из электродов прибора и обычно заземляется.
На базе электростатических ИМ в основном строятся вольтметры. Из-за низкой чувствительности ИМ приборы выпускаются на напряжение не менее 15 В (чаще всего начиная с 75 В), причем у киловольт метров применяются оба типа ИМ, а у вольтметров — лишь ИМ со сменной активной площадью как более чувствительный. Верхний предел изменения киловольтметров достигает 300 кВ.
2. Измерение реактивной мощности в 3-х проводной цепи. Измерение реактивной мощности одним ваттметром, основные зависимости, векторная диаграмма. Измерение реактивной мощности двумя ваттметрами.
При полной симметрии для измерения реактивной мощности в трехпроводной трехфазной цепи можно применить один ваттметр, токовая цепь которого включается последовательно в одну из трех линий, а цепь напряжения подключается к двум остальным. Генераторный конец следует подключать к линии, следующей по порядку чередования фаз относительно линии, в которую включена токовая обмотка. Возможные варианты такого включения представлены на рис. 12.6, а.
Учитывая векторную диаграмму, для ваттметра, включенного в первую линию, имеем .
Значение реактивной мощности трехфазной цепи найдем, умножив показание ваттметра на . Аналогичные результаты получим, включая ваттметр во вторую или третью линию.
Для измерения реактивной мощности в трехпроводных трехфазных цепях при полной симметрии и простой асимметрии (т. е. когда линейные напряжения симметричны, а токи разные) можно также применить два ваттметра, включенных по схеме с искусственным нулем, которая представлена на рис. 12.6, б. Для создания нулевой точки необходимо выполнить условие
где RUW1и RUW2— значения сопротивлений цепей напряжения ваттметров; R — сопротивление вспомогательного резистора.
Как видно из схемы и векторной диаграммы (рис. 12.6, б), мощности, полученные по показаниям ваттметров, равны
где U03, U10 — фазные напряжения; ψ1 ψ2 — фазовые сдвиги между токами и напряжениями ваттметров.
Заменив проекции векторов линейных токов I1 и I2 на векторы фазных напряжений U03 и U10 проекциями векторов фазных токов I12, I13 и I32, получим (рассматривается соединение потребителя треугольником; в случае соединения звездой получим аналогичные результаты, заменив ее эквивалентным треугольником)
,
откуда, учитывая, что фазные напряжения, созданные за счет искусственной нулевой точки, в раз меньше фазных напряжений потребителя, соединенного треугольником, и равны между собой (система напряжений симметрична), для суммы показаний ваттметров после тригонометрических преобразований получим .
Таким образом, для определения значения реактивной мощности трехфазной цепи сумму показаний ваттметров надо умножить на :
При полной симметрии, когда линейные токи сдвинуты по фазе по отношению к фазным токам на 30°, и , учитывая, что , получим
Отсюда видно, что даже при полной симметрии показания ваттметров в зависимости от угла φ могут иметь одинаковые (при φ = ±30... ...±90°) или разные знаки (при φ = 0...±30°); поэтому для получения результата измерения надо всегда брать алгебраическую сумму показаний.
Если измеряемый ток превышает номинальное значение тока ваттметров, их токовые обмотки включают через измерительные трансформаторы тока, а если напряжение превышает 600 В, применяют измерительные трансформаторы тока и напряжения.