Красногорцев И.Л. Электрические измерения. Руководство по выполнению базовых экспериментов. ЭИ.000 РБЭ (968.2) / под ред. П.Н. Сенигова. - Челябинск: ИПЦ «Учебная техника», 2009. - 266 с.
Представлены перечни используемой при выполнении базовых экспериментов аппаратуры, схемы электрические соединений, а также указания по проведению базовых экспериментов.
Руководство предназначено для использования при подготовке к проведению лабораторных работ в учреждениях начального, среднего и высшего профессионального образования.
ã ИПЦ «Учебная техника», 2009
Содержание
Содержание.. 3
Введение.. 5
Перечень аппаратуры, используемой в экспериментах.. 6
1. Описание комплекта типового лабораторного оборудования «Основы метрологии и электрические измерения». 9
2.1. Прямые измерения напряжения и тока аналоговыми и цифровыми приборами 26
2.2. Определение полярности напряжения и направления тока по показаниям приборов 39
2.3. Косвенные измерения напряжения и тока.. 47
2.4. Расширение пределов измерения амперметров и вольтметров с помощью шунтов и добавочных сопротивлений.. 56
2.5. Калибровка аналоговых амперметра и вольтметра.. 65
2.6. Определение методической погрешности измерений, обусловленной влиянием приборов.. 71
2.7. Оценка величины сопротивления аналоговых и цифровых приборов.. 79
2.8. Измерение э.д.с. источника с высоким внутренним сопротивлением компенсационным методом... 85
3. Измерения в цепях переменного тока.. 90
3.1. Прямые измерения синусоидальных напряжения и тока.. 91
3.2. Прямые измерения несинусоидальных напряжений и токов.. 104
3.3. Оценка влияния формы и постоянной составляющей напряжения и тока на показания приборов.. 112
3.4. Оценка верхней границы частотного диапазона измерительных приборов 122
4. Измерение мощности и энергии в цепях постоянного и переменного тока.. 128
4.1. Косвенное измерение мощности методом амперметра и вольтметра.. 129
4.2. Определение методической погрешности измерений мощности, обусловленной влиянием приборов.. 135
4.3. Калибровка ваттметра на постоянном токе с помощью образцовых амперметра и вольтметра.. 143
4.4. Прямое измерение активной мощности в цепи синусоидального тока.. 150
4.5. Косвенное измерение полной мощности, реактивной мощности и коэффициента мощности в цепях синусоидального тока с активной, активно-индуктивной и активно-емкостной нагрузками.. 157
4.6. Прямое измерение активной мощности и косвенное измерение полной мощности, реактивной мощности и коэффициента мощности в цепях с несинусоидальными напряжениями и токами.. 164
4.7. Измерение активной мощности однофазного переменного тока с помощью щитового ваттметра.. 171
4.8. Измерение активной электрической энергии однофазного переменного тока с помощью индукционного счетчика.. 175
5. Измерение электрического сопротивления в цепях постоянного тока.. 179
5.1. Прямое измерение электрического сопротивления аналоговым и цифровым мультиметрами.. 180
5.2. Косвенное измерение электрического сопротивления методом амперметра и вольтметра.. 186
5.3. Определение методической погрешности измерения электрического сопротивления, обусловленной влиянием приборов.. 192
5.4. Сборка, испытание и калибровка аналогового омметра.. 199
5.5. Сборка и испытание мостовой схемы измерения электрического сопротивления 206
5.6. Измерение электрического сопротивления методом замещения.. 213
6. Измерение параметров элементов электрических цепей при синусоидальном напряжении.. 219
6.1. Косвенные измерения полного, активного и реактивного сопротивления пассивного двухполюсника при синусоидальном напряжении.. 220
6.2. Определение параметров схемы замещения элемента (RL или RC) по результатам совместных измерений при нескольких частотах синусоидального напряжения.. 226
6.3. Измерение параметров элементов электрических цепей с помощью мостов переменного тока.. 232
6.4. Прямые измерения параметров последовательной или параллельной схемы замещения элементов электрических цепей переменного тока прибором Е7-22. 242
7. Измерения с помощью электронного осциллографа.. 249
7.1. Измерение параметров переменных напряжений и токов с помощью осциллографа в режиме линейной развертки (Y – t) 253
7.2. Измерения фазы и частоты с помощью осциллографа в режиме Y – X.. 259
Введение
В настоящем руководстве описаны базовые эксперименты, выполняемые с использованием комплекта типового лабораторного оборудования «Электрические измерения».
Комплект предназначен для проведения лабораторных работ в учреждениях высшего и среднего профессионального образования.
Комплект может быть также использован на семинарах и курсах повышения квалификации электротехнического персонала предприятий и организаций.
Аппаратная часть комплекта выполнена по блочному (модульному) принципу и содержит:
- комплект аналоговых и цифровых приборов для измерения постоянных и интегральных характеристик переменных напряжений и токов (однофазные цепи), а также мощности, потребляемой электрической цепью;
- аналоговые и цифровые приборы для измерения параметров элементов электрических цепей при постоянном и синусоидальном напряжении.
- электронный аналоговый осциллограф для измерения мгновенных значений переменных напряжений и токов;
- спроектированные с учебными целями блоки испытания датчиков температуры, давления и скорости вращения;
- регулируемые источники питания постоянного напряжения и однофазного переменного напряжения с переменной частотой и формой сигнала;
- магазин сопротивлений, набор конденсаторов, катушек индуктивности, диодов, постоянных и переменных резисторов для сборки измерительных цепей;
- набор датчиков температуры;
- лабораторный стол с двухуровневой рамой для установки необходимых в экспериментах функциональных блоков и ящиком для хранения принадлежностей.
Питание комплекта осуществляется от однофазной электрической сети напряжением 220 В с нейтральным и защитным проводниками.
Потребляемая мощность В×А, не более…………………………... 100
Габариты (длина/ ширина / высота), мм………………………..910´320´820
Масса, кг, не более……………………………………………….. 20
Методическая часть комплекта включает настоящее руководство как материалы для подготовки к проведению лабораторных работ.
Комплекту типового лабораторного оборудования «Основы метрологии и электрические измерения» присущи следующие качества.
УНИВЕРСАЛЬНОСТЬ, которая выражается в возможности воспроизведения не только базовых экспериментов, но и более широкого круга задач измерения электрических и неэлектрических величин.
ГИБКОСТЬ, которая обеспечивается возможностью компоновки требуемой конфигурации комплекта сообразно с задачами каждого конкретного эксперимента.
НАДЁЖНОСТЬ, достигаемая за счет малой мощности силовых элементов, защитой электрических цепей от эксплуатационных коротких замыканий и неумелого обращения.
ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ, которая обеспечена выполнением элементов классом защиты от поражения электрическим током I, а также применением устройства защитного отключения.
КОМПАКТНОСТЬ, которая обеспечена малой установленной мощностью элементов и использованием только требуемых для данного эксперимента блоков и приборов.
СОВРЕМЕННЫЙ ДИЗАЙН комплекта с учетом требований эргономики, инженерной психологии и эстетики.
Перечень аппаратуры, используемой в экспериментах
Количество аппаратуры определённого типа, используемой в конкретных экспериментах, приведено в таблицах 1…7.
Измерения в цепях постоянного тока (глава 2)
Таблица 1
Тип
аппаратуры
Номер эксперимента
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
212.2
1
1
1
1
1
1
1
1
218
1
1
1
1
1
1
1
1
510.1
1
1
1
1
1
1
1
1
534
1
1
2330
1
1
1
1
1
1
1
2332
1
1407
1
1
1
1
Измерения в цепях переменного тока (глава 3)
Таблица 2
Тип
аппаратуры
Номер эксперимента
3.1
3.2
3.3
3.4
212.2
1
1
1
1
218
1
1
1
1
419
510.1
1
1
1
1
512.1
1
1
1
532
1
1
1
534
1
1
1
1
2330
1
1
1
2332
1
1406
Измерение мощности в цепях постоянного и переменного тока (глава 4)
Таблица 3
Тип
аппаратуры
Номер эксперимента
4.1
1
1
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8
212.2
1
1
1
1
1
1
218
1
1
1
1
1
1
218.2
1
1
1
1
306.1
1
1
510.1
1
1
1
1
511
1
1
1
1
1
512.1
1
1
517
1
1
1
521
1
532
1
534
1
1
1
1
1
1
2330
1
1
1
1
1
1
2332
1
1
Измерение электрического сопротивления в цепях постоянного тока (глава 5)
Таблица 4
Тип
аппаратуры
Номер эксперимента
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
5.6
212.2
1
1
1
1
1
1
218
1
1
1
1
1
1
510.1
1
1
1
1
1
1
534
1
1
1
1
1
2330
1
1
1
1
1
1
2332
1
1
1406
1
1
1407
1
Измерение параметров элементов электрических цепей при синусоидальном напряжении (глава 6)
Таблица 5
Тип
аппаратуры
Номер эксперимента
6.1
6.2
6.3
6.4
212.2
1
1
1
218
1
1
1
1
224.1
1
510.1
1
1
511
1
533
1
534
1
1
1
2330
1
1
1
1
2332
1
1
1
1
1402
1
1406
1
Измерения с помощью электронного осциллографа (глава 7)
Таблица 6
Тип
аппаратуры
Номер эксперимента
7.1
7.2
212.2
1
1
218
1
1
534
1
2330
1
2332
1
1402
1
1
1. Описание комплекта типового лабораторного оборудования «Основы метрологии и электрические измерения»
Цель экспериментов – получение навыков измерения тока, напряжения, мощности, параметров элементов в электрических цепях постоянного и переменного тока. Ознакомление с методами электрических измерений температуры, давления и частоты вращения.
В комплект включены универсальные блоки, необходимые для выполнения всех экспериментов, и специализированные блоки и измерительные приборы.
Универсальные блоки комплекта:
1. Однофазный источник питания (218);
2. Блок генераторов напряжения (212.2);
3. Осциллограф ОСУ-10В (или аналогичный) (1402);
4. Мультиметр (534)
5. Блок мультиметров (510.1);
6. Ваттметр (511);
7. Измеритель RLC (533);
8. Магазин сопротивлений Р33 (1406);
9. Магазин сопротивлений ITC-8 (1407).
Специализированные блоки комплекта и наборы датчиков:
1. Блок датчиков скорости вращения (408.1);
2. Блок измерительных трансформаторов (419);
3. Блок миллиамперметров переменного тока (532);
4. Вольтметр (512.1);
5. Тахометр DT2234 (или аналогичный) (1408);
6. Блок резисторов (2330);
7. Блок элементов измерительных цепей (2332);
8. Блок испытания датчика давления (397);
9. Электронагреватель для испытания датчиков температуры (394.2);
10. Набор датчиков температуры (600.13) включающий термопреобразователь сопротивления, термоэлектрический преобразователь (термопара типа ХК), полупроводниковый резистор с положительным температурным коэффициентом и датчик-микросхему (LM60);
11. Блок питания 12 В (224.1).
В данном разделе приведены описания универсальных блоков комплекта, а описания специализированных блоков испытания датчиков конкретного типа включены в разделы соответствующих лабораторных работ.
1.1. Схема электропитания лабораторного оборудования
При выполнении испытаний все блоки комплекта, имеющие сетевое питание, для повышения электробезопасности подключается к сети через однофазный источник питания G1 (218), включающий устройство защитного отключения, в соответствии со схемой, приведенной на рис. 1.1.1.
При выполнении эксперимента необходимо соблюдать следующий порядок подачи питания на исследуемую цепь:
· Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.
· Соедините аппаратуру в соответствии со схемой электропитания (рис. 1.1.1).
· Соберите исследуемую цепь в соответствии с руководством по выполнению базовых экспериментов.
· Включите устройство защитного отключения и автоматический выключатель в однофазном источнике питания G1.
· Включите выключатель «СЕТЬ» блоков, используемых в эксперименте.
· Протестируйте работу схемы и выполните эксперименты, предусмотренные в руководстве. При необходимости изменения исследуемой схемы отключите выключатель «СЕТЬ» блоков, измените схему, включите выключатель «СЕТЬ».
· По завершении работы отключите выключатель «СЕТЬ» всех блоков и автоматический выключатель в однофазном источнике питания G1.
1.2. Блок генераторов напряжений
Блок генераторов напряжений (212.2, рис. 1.2.1) включает:
1. Генератор постоянных напряжений, содержащий три стабилизированных источника постоянного напряжения – два нерегулируемых 15 В, 0,2 А, и один регулируемый – 0…15 В, 0,2 А. Около выходных гнезд каждого источника расположен тумблер, подключающий гнездо «+» или к выходу источника (тумблер – вверх), или к гнезду «-» - короткое замыкание гнезд источника (тумблер – вниз).
Каждый из источников имеет индикатор перегрузки – светодиод «I>». При возникновении перегрузки индикатор включается, и напряжение на выходе источника снижается до нуля. Для восстановления работы источника необходимо устранить причину перегрузки в испытываемой цепи и на 10…20 с разорвать цепь нагрузки источника, например, отсоединив провод от одного из гнезд выхода источника.
Генератор постоянных напряжений расположен с правой стороны лицевой панели блока генераторов.
2. Генератор напряжений специальной формы (центральная часть лицевой панели).
Синусоидальное, прямоугольное или импульсное напряжения на гнездах «0 В»-«ВЫХОД» задается переключателем «ФОРМА».
Амплитуда выходного напряжения устанавливается ручкой «АМПЛИТУДА» в пределах от 0 до 10 В. Ток нагрузки генератора не должен превышать 0,2 А. При превышении этой величины срабатывает защита и включается индикатор перегрузки «I>». Для восстановления нормальной работы генератора необходимо устранить причину перегрузки и на 10…20 с разомкнуть цепь выхода генератора.
Частота напряжения на выходе генератора устанавливается ручкой «ЧАСТОТА» по показаниям цифрового частотомера в диапазоне от 0,2 до 20 кГц.
На гнездах «0 В» - «СИНХР.» присутствуют импульсы положительной полярности с частотой напряжения на выходе генератора. Эти импульсы можно использовать, например, для синхронизации осциллографа.
3. Генератор синусоидальных напряжений 50 Гц (левая сторона лицевой панели).
Генератор содержит трехфазный генератор синусоидальных напряжений прямого следования с действующим значением фазного напряжения 7 В, линейного напряжения – 11 В. Максимальный ток нагрузки каждой фазы не более 0,2 А. Как и в других источниках, для восстановления после перегрузки необходим разрыв цепи нагрузки генератора.
Источник синусоидального напряжения 24 В, 0,2 А, 50 Гц является вторичной обмоткой трансформатора. Первичная обмотка этого трансформатора подключена непосредственно к сети 220 В. Как и остальные источники данный генератор имеет самовосстанавливающуюся защиту от перегрузки токами более 0,2 А.
Перед подключением любого из источников блока генераторов к испытываемой цепи необходимо убедиться, что выключатель питания «СЕТЬ» блока генераторов и всех других блоков, входящих в испытываемую цепь, отключены.
Ручки регулируемых источников («0…15 В», «АМПЛИТУДА») должны бать повернуты до упора против часовой стрелки – на выходе источников необходимо установить минимальное напряжение.
Включение питания бока генераторов и других блоков испытываемой цепи производится в соответствии с указаниями по выполнению эксперимента.
1.3. Мультиметр
Блок 534 «Мультиметр» содержит источник питания от сети 220 В и мультиметр SANWA PC5000 (или аналогичный) с автоматическим выбором пределов измерения. На лицевой панели блока (рис. 1.3.1) кроме мультиметра размещены выключатель питания «СЕТЬ»и предохранители: «0,5 А» - сетевого питания, «0,63 А» - защита пределов измерения тока «mA» и «μА», «10 А» - защита мультиметра на пределе измерения тока «А».
Подробнее описание порядка работы с мультиметром РС5000 приведено в руководстве по эксплуатации «Цифровой мультиметр РС5000». Ниже приведены лишь краткие сведения о работе с прибором.
На лицевой панели мультиметра РС5000 расположены следующие элементы:
1. Индикатор (в верхней части лицевой панели);
2. Кнопки управления (под индикатором);
3. Переключатель рода измеряемой величины;
4. Гнезда подключения мультиметра:
- гнездо «COM» - предназначено для подключения прибора при измерении любых величин. На пределах измерения постоянного напряжения и тока, измерения параметров диодов, измерения сопротивления имеет полярность «-» (минус).
- гнездо «10 А» - используется при измерении тока на пределе 10 А. При измерении постоянного тока полярность соответствует гнезду «+» амперметра.
- гнездо «mA,μA» - используется при измерении тока на пределах милли- и микроампер. При измерении постоянного тока полярность соответствует гнезду «+» амперметра.
- гнездо «V» - используется для измерения всех величин, кроме тока. На пределах измерения постоянного напряжения, измерения параметров диодов, измерения сопротивления имеет полярность «+» (плюс).
При измерении постоянного напряжения показания прибора положительны, если напряжение направлено от гнезда «V» (т. е. «+») к гнезду «СОМ» (т. е. «-»). Аналогично ток считается положительным, если он протекает через прибор в направлении от гнезда «+» (т.е. «mA,μA» или «10А») к гнезду «-» («СОМ»).
Последовательность работы с мультиметром:
1. В исходном состоянии прибор отключен от измеряемой цепи.
2. Включить питание мультиметра.
3. Установить переключатель рода измеряемой величины в требуемое положение. При необходимости, задать требуемый режим измерения соответствующими кнопками.
4. Подключить прибор к обесточенной испытываемой цепи. Включить источники питания испытываемой цепи и выполнить измерения.
Недопустимо переключать род измеряемой величины у прибора, находящегося под напряжением.
5. Для переключения прибора к другому участку испытываемой цепи, необходимо отключить питание цепи, изменить подключение мультиметра и режим его работы, и вновь подать питание на испытываемую цепь.
6. При измерении параметров элементов электрических цепей: диодов, резисторов, конденсаторов недопустимо подавать на вход прибора напряжение от внешних источников (недопустимо измерять параметры элементов в цепи. находящейся под напряжением). При измерении емкости необходимо убедиться, что конденсатор не заряжен: перед измерением необходимо замкнуть выводы конденсатора.
Измерение напряжений и токов прибором с автоматическим выбором пределов измерения (мультиметр А2, 534).
· Предварительно рекомендуется ознакомиться с инструкцией по эксплуатации мультиметра РС5000, установленного в блоке А2 (534).
2019-11-13
445
Обсуждений (0)
