Метрология



Скачать 420.86 Kb.
страница3/5
Дата07.01.2013
Размер420.86 Kb.
ТипМетодические указания
1   2   3   4   5

Добавочные сопротивления Rд применяют для расширения пределов измерения  вольтметра  и исключения влияния температуры на изменение сопротивления его измерительного механизма Rим (рис. 6). В качестве Rд  применяются точные малогабаритные проволочные и микропроволочные резисторы и непроволочные резисторы повышенной

стабильности, и высокоточные, изготовляемые с допуском   0,1% (минимальный ТКС в заданном диапазоне температур). Как и при расчете Rш  можно применять для определения значения Rд формулы:

Rд  = Rим (m-1), (3.11)

Rд  = Uд / Iн = (Ux -Uн ) / Iн  3.12)

где m = Ux / Uн , Ux  - предельное измеряемое напряжение при данном Rд .

На практике обычно используют многопредельные вольтметры постоянного тока. В качестве ИМ таких вольтметров находят широкое применение высокочувствительные микроамперметры с номинальным током Iн=50–100мкА, известным сопротивлением Rим, по которым можно определить номинальное напряжение Uн=Iн*Rим. Для таких вольтметров сопротивление добавочного резистора

Rд=Uх/Iн-Rим. (3.13)

Многопредельный вольтметр, как и многопредельный амперметр, можно выполнить с отдельными добавочными резисторами (рис. 7) для каждого предела, когда Rд рассчитывают по формулам (3.11-3.13), а можно так, как показано на рис. 8.

Результаты расчета показывают, что входное сопротивление вольтметра изменяется при изменении предела измерения. Поэтому многопредельные вольтметры характеризуют относительным входным сопротивлением Rвх.о, численно равным сопротивлению, приходящемуся на 1В предельного значения.

Основным достоинством магнитоэлектрических ИМ является их высокая чувствительность и точность при измерении на постоянном токе. Для использования этих приборов при измерении  переменных токов  и  напряжений  необходимо применять  выпрямительные измерительные преобразователи, основанные на базе полупроводниковых диодов. В таких приборах измеряемое переменное напряжение или ток преобразуется в пульсирующее одной полярности, средневыпрямленное значение которого, (постоянная составляющая) измеряется магнитоэлектрическим ИМ.



Рис. 7 Рис. 8
Выпрямительные измерительные преобразователи выполняются по одно- (рис.9) или двухполупериодной схемам (рис.10).
В первой схеме ток через ИМ протекает один раз в течение периода, когда на аноде VD1 появляется положительный полупериод напряжения, а при отрицательном полупериоде ток протекает через диод VD2 и резистор R, величина которого равна Rим , что обеспечивает равенство сопротивления прибора току обоих направлений, то есть одинаково для обоих полупериодов. Для схемы на рис.10 выпрямленный ток протекает через ИМ дважды за период. При этом чувствительность прибора повышается в два раза по сравнению с однополупериодным выпрямлением, но увеличивается погрешность при изменении температуры окружающей среды. Поэтому часто применяют выпрямители с несимметричной мостовой схемой, в которой два диода VD3, VD4, (VD1, VD3) заменяют резисторами.

Основными параметрами переменных токов и напряжений являются их амплитудные (Im , Um ), среднеквадратичные (I,U) и средневыпрямленные (Iсв, Uсв) значения, которые связаны между собой через коэффициенты формы и амплитуды

Кф  = I / Iсв  (U/Uсв ); Ka  = Iм  / I (Uм/U) (3.14)


Рис. 9 Рис. 10
Значения коэффициентов Кф  и Ка  для распространенных на практике форм кривых токов и напряжений приведены в таблице 2.

В приборе с однополупериодной схемой выпрямления через его измерительный механизм ИМ протекает ток

амплитуды:

Iим  = Iсв  = Im /  = 2 *I / . (3.15)

Для двухполупериодной схемы:

Iим  = Iсв  =2* Im /  = 0,9 *I 3.16)

Выпрямительные приборы обычно градуируются в среднеквадратичных (действующих) значениях синусоидального напряжения или тока. При градуировке выпрямительный прибор включают в цепь переменного синусоидального тока. Полученный при этом результат измерения по шкале измерителя магнитоэлектрической системы (ИМ) умножается на 2,22 - при однополупериод­ной и на 1,11 - при двухполупериодной схеме выпрямления и наносится на шкалу выпрямительного прибора. Значения коэффициентов определяют соотношения параметров переменного синусоидального тока (напряжения) с учетом схемы выпрямления.

Для однополупериодной схемы I = Iсв * 2Кф  =Iсв *2*1,11=2,22*Iсв .

Для двухполупериодной схемы I = Iсв *Кф  = 1,11*Iсв ,

где Кф =I/Iсв  - коэффициент формы для синусоидального тока или напряжения, равный 1,11 - для двухполупериодной схемы выпрямления.

Таблица 2




Форма тока,

напряжения

График тока, напряжения

Коэффициенты

формы

Кф

ампли­туды Ка

1

Синусоидальная




1,11

1,41

2

Пульсирующая на

выходе двух­

полупериодного

выпрямителя




1,11

1,41

3


Пульсирующая на

выходе одно­

полупериодного

выпрямителя




1,57

2,0

4

Пилообразная

треугольная




1,16

1,73

5


Прямоугольная

симметричная




1,0

1,0

6


Прямоугольная

однополярная











При измерении несинусоидальных токов или напряжений необходимо в результат измерения отсчета по шкале прибора ввести поправку путем соответствующего пересчета показаний прибора с учетом коэффициента формы измеряемого тока (См. пример 3.,14). Предельное среднеквадратичное значение Iпред синусоидального переменного тока для приборов с однополупериодной схемой выпрямления определяется из соотношения

Iпред  = Iном  * 2Кф  = 2,22*Iном ; (3.17)

с двухполупериодной Iпред  = Iном * Кф  = 1,11*Iном  (3.18)
2.2. Примеры решения задач
Пример 3.7. Имеется микроамперметр М260М с номинальным током Iн=100 мкА и Rим=2000 Ом и шкалой имеющей 20 делений. Необходимо этим прибором измерить ток Iх < 10 мА.

Решение:

Rш=Rим / (n-1)=2000/((10*10-3/100*10-6 )-1) = 20,2 Ом ;

Второй метод: так как Iш= Iх-Iн = 10*10-3 - 0,1*10-3 = 9,9*10-3А, а номинальное напряжение Uн = Iн*Rим = 100*10 -6*2*103= 200*10-3 В, то Rш =Uн/Iш = 200*10 -3/9,9*10 -3= 20,2 Ом.

При фиксировании результата измерения необходимо учитывать, что с применением Rш изменяется предел измерения по току, а следовательно и цена деления шкалы прибора. Так для М260М цена деления (постоянная прибора) CI=5мкА/дел, а при подключении Rш=20,2 Ом CII=0,5мА/дел.
Пример 3.8. Рассчитать сопротивления резисторов Rш1, Rш2, Rш3 многопредельного универсального шунта (рис.5) для измерения токов с пределами: I1 = 30 мА, I2 = 3,0 мА, I3 = 0,3 мА с помощью измерительного механизма с Iн = 150 мкА и Rим = 1500 Ом.

Решение:

1) Rш1+Rш2+Rш3=IнRим/(I3-Iн)=150*10–6*1500/(0,3*10–3– 0,15*10–3)=1500Ом

2) Rш1=Iн(Rим+Rш1+Rш2+Rш3)/I1=Iн*R/I1=150*10–6 (1500+1500)/(30*10–3)=15Ом

3) Rш1 + Rш2 = IнR/I2 = 150*10–6 *3000/(3*10–3)= 150 Ом

4)Rш2 = (Rш1+Rш2)-Rш2 = 150 - 15 = 135 Ом

5)Rш3 = (Rш1+Rш2+Rш3)-(Rш1+Rш2) = 1500-150 = 1350 Ом.

Использование формулы(3.9) требует решения системы уравнений

Iн = I1Rш1/ R = I2(Rш1+Rш2)/ R = I3(Rш1+Rш2+Rш3)/ R ...;

Rш1= I3*Iн*Rим/I1(I3 - Iн) ...;

Rш2 = (I1-I2)I3*Iн*Rим/(I2 - Iн)I2*I1 ...;

Rш3 = (I2-I3)Iн*Rим/(I3 - Iн)I2 ... .
Пример 3.9. Пределы измерения милливольтметра типа М24-155: Iн=6 мА, Uн=100 мВ. Шкала прибора 100 дел. Необходимо измерить напряжение Uх=I В. Требуется рассчитать величину добавочного сопротивления Rд (рис. 6) и определить изменение цены деления шкалы прибора.

Решение:

1) Rим=Uн/Iн=16,66 Ом; m=Uх/Uн=1/(100*10–3)=10;

по формуле (3.11) Rд=16,667*9=150 Ом

(по формуле (3.12) Rд = (1– 0,1) / (6*10–3)=150 Ом).

2) За счет Rд цена деления изменяется с 1 до 10 мВ/дел;

3) Входное сопротивление прибора становится равным

Rвх=Rим+Rд=16,667+150 = 166,97 Ом
Пример 3.10. Рассчитать значения сопротивлений добавочных резисторов по схеме на рис.8 для трех пределов измерений: 1B, 5В, 10В, если ИМ - микроамперметр с Iн = 100 мкА и Rим = 1000 Ом.

Решение:

Для предела 1B Rд1=Un1 / Iн – Rим=I/(100*10–6)–1000=9000 Ом;

Для предела 5В Rд1+Rд2=Un2 /Iн – Rим=5/(100*10–6)–1000=49 кОм;

Rд2=49 – 9=40 кОм.

Для предела 10В Rд1+Rд2+Rд3=Un /Iн – Rим=10/100*10 5-6 0-1000 кОм;

Rд3=99-49=50 кОм.
Пример 3.11. При измерении несинусоидального тока с коэффициентом Кфх получены показания по шкале выпрямительного амперметра: Iα1– для однополупериодной, Iα2 – для двухполупериодной схем выпрямления. Определить действующие значения.

Решение.

Среднеквадратичное значение измеряемого тока Iх:

Iх1=Iα1*Кфх/2Кф=Iα*Кфх/2,22; Iх2 =Iα2*Кфх/Кф=Iф2*Кфх/1,11.
Пример 3.12. В цепь переменного синусоидального тока с амплитудой Im = 15,5 мА включен выпрямительный миллиамперметр с однополупериодной схемой выпрямления (рис.9). Определить: 1) Значение постоянного тока, протекающего через измеритель ИМ; 2) Показание миллиамперметра, шкала которого градуирована в среднеквадратичных значениях синусоидального тока.

Решение.

1) Средневыпрямленное значение тока, протекающего через ИМ:

Iсв = Im/  = 15,5/3,14 = 4,96 мА.

2) Показание прибора с учетом градуировки шкалы:

Iα =Iсв*2Кф=4,96*2,22=11 мА. (Действительно, I=Im2 =15,52 = 11мА.)
Пример 3.13. Решить пример 3.12, если миллиамперметр имеет двухполупериодную схему выпрямления (рис.10).

Решение.

1) Средневыпрямленное значение тока через ИМ:

Iсв = 2Im /  = 2*15,5/3,14 = 9,92 мА.

2) Показание прибора с учетом градуировки шкалы Iα =Iсв*Kф=9,92*1,11=11 мА, что соответствует среднеквадратичному значению измеряемого тока.

Пример 3.14. В цепь переменного тока треугольной формы (рис.11) с параметрами Im = 50 мА, f = 100 гц включен выпрямительный миллиамперметр с двухполупериодной схемой выпрямления. Шкала градуирована в среднеквадратичных значениях синусоидального тока. Определить: 1)показание прибора; 2)действительное значение измеряемого тока.

Решение.

Для подобной формы тока Кфх = 1,16, Ках = 1,73.

Значит I = Im / Kax = 0,578*Im, Icв = I/Kфх = 0,578Im/1,16 = 0,5Im.

1) Показание прибора Iα = Iсв*Kф = 0,5*50*1,11 = 27,8 мА.

2) Действительное значение измеряемого тока

I = Iα *Кфх /Кф=27,8*1,16/1,11=29 мА.
Пример 3.15. Выпрямительный миллиамперметр с однополупериодной схемой выпрямления включен в цепь однополярных прямоугольных импульсов тока (рис.12) с параметрами Im = 25мА, t 4и 0 = 100мкс, T 4и 0 = 1 мс. Шкала градуирована в среднеквадратичных значениях синусоидального тока. Определить: 1)показания прибора; 2)действительное значение измеряемого тока, определяемое его формой, для которой:

Решение.

Iсв = I / Kфх; I = Im/Kах; Kах = Kфх =Tи / tи = Q

1)Показания прибора

Iα =Iсв*2Kф=Im(tи / Ти)*2Кф=25*[100*10-6/(1*10 –3)]*2*1,11=5,55 мА

2)Действительное значение измеряемого тока

Iх =(Iф / Кф)*Kфx =5,55*3,16/(2*1,11) = 7,9 мА




Т

Рис. 11 Рис. 12

3.3. Измерительные мосты
3.3.1. Основные определения и формулы
Важным видом измерительных цепей являются мостовые цепи. В них можно выделить три ветви (рис.13): диагональ питания П, диагональ указателя равновесия Г (нулевая ветвь) и ветвь измеряемого сопротивления (датчика) Д. Основными характеристиками моста являются его входные сопротивления со стороны диагоналей питания ZпВх0 и указателя равновесия ZгВх0, взаимное сопротивление ветви указателя равновесия и ветви измеряемого сопротивления Z1г'.

Для уравновешенного моста

ZпВх = [(Z10+Z2)(Z3 +Z4)]/(Z10 +Z2 +Z3+Z4)=

=Z10 (1+m)*n/(1+n); (3.19)

Вх0 = [(Z10+Z3)(Z2 +Z4 )]/(Z10+Z2+Z3+Z4)=

=Z10 (1+n)*m/(1+m); (3.20)

Z1г' = Z10 (1+n) (3.21)

где Z10  - значение Z1  при равновесии моста; m = Z2/Z10; n = Z3 /Z10.

Еще одной важной характеристикой мостовой схемы является чувствительность. Определяют ее значение по току, напряжению и мощности вблизи состояния равновесия моста.

Эквивалентная схема катушки индуктивности содержит последовательно включаемое сопротивление (сопротивление провода, которым наматывается катушка), а эквивалентная схема конденсатора - последовательно или параллельно включаемые сопротивления потерь и утечки соответственно. Для их оценки используются понятия добротности Q и тангенса угла потерь tg :

для схемы рис.14 Q= w *L1 / R1 = 1/ (w *C4 *R4) (3.29)
1   2   3   4   5

Похожие:

Метрология iconМетрология в ее современном понимании наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. Краткая история развития метрологии
Метрология отрасль науки, изучающая измерения. Слово «метрология» образовано из двух греческих слов: «метрон» — мера и «логос» —...
Метрология iconЮ. С. Солодов метрология, стандартизация, сертификация учебно-методический комплекс
«Метрология, стандартизация и сертификация». Он может быть использован также при изучении ряда смежных дисциплин: «Информационно-измерительная...
Метрология iconОсновные термины, применяемые в метрологии. Метрология
Метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности
Метрология iconИсторические этапы развития метрологии. Метрология
Метрология – наука об измерения, о методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности
Метрология iconПрактикум для курсовой работы по дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация»
Данный практикум содержит теоретические сведения раздела «Законодательная метрология», а также пояснения к выполнению практической...
Метрология iconПрограмма вступительных испытаний в магистратуру по направлению 221700- стандартизация и метрология по дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация»

Метрология iconМетодические указания к курсовому проекту для студентов специальностей 551630, 050732 «Стандартизация метрология и сертификация» Павлодар
В методическом указании приводятся рекомендации к выполнению курсового проекта обучающихся по дисциплине “Метрология”
Метрология iconМетрология Понятие и сущность метрологии
Метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и требуемой точности. Название этой науки произошло...
Метрология icon221700 «Стандартизация и метрология». Профиль «Метрология, стандартизация и сертификация»
В этом смысле стандартизация является неотъемлемой частью успешной предпринимательской деятельности. Производителю продукции и услуг...
Метрология iconМетодическое пособие элементы общей метрологии
Учебное пособие предназначено для студентов вечернего отделения, изучающих курс «Метрология. Стандартизация. Сертификация». Пособие...
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org