СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ЗАДАЧА 2

 

Последовательно соединены четыре резистора , ,  и  значения сопротивлений которых даны в табл. 2. Напряжение, приложенное к схеме, указано в табл. 2. Определить показания вольтметра, поочередно подсоединяемого к каждому из четырех резисторов. Сопротивление вольтметра , его номинальное напряжение  и класс точности  также приведены в табл. 2.

Равна ли сумма показаний вольтметра приложенному к схеме напряжению ? Если не равна, то почему? Результаты измерений найти и записать соответственно требованиям ГОСТа 8.207-82.

 

Таблица 2

Заданная величина	Предпоследняя цифра шифра
	3
, Ом	2000
, Ом	3000
, Ом	1000
, Ом	4000
	Последняя цифра шифра
	6
, В	250
, В	250
	2,5
, кОм	100

 

Решение

 

Схема включения резисторов до проведения измерений представлена на рис.2.1. В этом случае общее сопротивления схемы определяется как:

.

 

Рисунок 2.1

 

Ток через резисторы по закону Ома равен:

.

Т.о. напряжение на резисторах:

;

;

;

.

 

Схема включения вольтметра для измерения напряжения на резисторе   представлена на рис.2.2, на схеме показано внутреннее сопротивление вольтметра. С учетом его общее сопротивление схемы определяется как:

,

где  - параллельное соединение сопротивления резистора и внутреннего сопротивления вольтметра.

Т.о. общее сопротивление схемы изменится и будет равно:

.

Рисунок 2.2 – Схема измерения напряжения на резисторе

 

 

Напряжение на резисторе :

.

Аналогичная ситуация будет наблюдаться при переключении вольтметра для измерения напряжения на резисторах ,  и :

; ;

; ;

; .

Зная значения напряжения, класс точности и верхний предел измерения вольтметра, рассчитаем абсолютные погрешности измерения напряжений на резисторах:

.

Запишем результаты измерения напряжений:

;

;

;

.

Как видно из выше приведенных расчетов, сумма напряжений на резисторах без учета внутреннего сопротивления вольтметра равна величине приложенного к цепи напряжения, а сумма результатов измеренных напряжений больше (252,45 В), это связано с наличием методической погрешности при измерении напряжения с помощью вольтметра. Наличие данной погрешности определяется тем фактором, что внутреннее сопротивление вольтметра имеет конечную величину. Увеличить точность таких измерений можно введением поправки, равной величине методической погрешности взятой с противоположным знаком.

 

 

ВОПРОС

Опишите принцип действия логометров, поясните характерные особенности их конструкций, схемы включения и применение логометров для измерения, пользуясь данными, приведенными в табл. 3.1.

 

 

Таблица 3.1

Последняя цифра шифра	Измеряемая величина	Тип логометра
6	Сдвиг фаз синхронизируемых генераторов (синхроноскоп)	Электромагнитный

 

Электромагнитный логометр – это измерительный механизм с двумя неподвижными катушками и двумя сердечниками, укрепленными на оси (рис.3.1).

Рисунок 3.1 - Электромагнитный измерительный механизм астатического исполнения: а – устройство, б – электрическая схема

 

На каждый из сердечников действует вращающий момент, значение которого зависит от квадрата тока соответствующей катушки и угла поворота подвижной части, а знак момента – от знака производной ( ). Для того чтобы получить вращающие моменты противоположных знаков, сердечники укрепляют на оси так, что при увеличении угла a индуктивность одной из катушек увеличивается ( ), а другой уменьшается ( ). При измерении подвижная часть устанавливается в том положении, при котором моменты уравновешивают друг друга, т.е.

или

,

откуда  или , следовательно, угол поворота подвижной части определяется отношением квадратов токов в катушках логометра. Электромагнитные логометры применяются для измерения емкости, сдвига фаз, частоты переменного тока.

Показания электромагнитных измерительных механизмов при нарастающих значениях постоянного тока меньше, чем при убывающих, на 2 – 3 % вследствие влияния остаточной индукции сердечника. Применение сортов стали или сплавов с малой остаточной индукцией (пермаллой) приводит к значительному уменьшению этой погрешности, давая возможность получить приборы классов точности 0,5 и 0,2.

При переменном токе в металлических частях и сердечнике возникают вихревые токи, размагничивающие сердечник, вследствие чего показания прибора уменьшаются. Эта погрешность от частоты, незначительная при f = 50 Гц, возрастает с ее увеличением.

Магнитное поле электромагнитного прибора характеризуется небольшой индукцией, вследствие чего дополнительная погрешность от внешнего магнитного поля может быть значительной, что следует иметь в виду при установке прибора. Для уменьшения этой погрешности применяют стальные экраны, выполненного из магнитомягкого материала, или прибегают к так называемому астазированию.

Главными достоинствами электромагнитных приборов являются простота, надежность и дешевизна конструкции, способность выдерживать большие перегрузки, измерять действующие значения тока и напряжения и работать в достаточно широком диапазоне частот от 0 до 10 000 Гц. В частности, судовые щитовые электромагнитные амперметры выпускаются для непосредственного включения в цепь переменного тока до 200 А, частотой 50 Гц и 400 – 500 Гц. К недостаткам приборов относятся невысокая точность (класс точности щитовых приборов не выше 1,5), малая чувствительность, подверженность влиянию внешних магнитных полей. Колебания окружающей температуры почти не влияют на работу приборов. Потребление приборами мощности невелико. Отсутствие необходимости в подводе тока к подвижной части приборов дает возможность повысить их механическую и термическую прочность, благодаря чему приборы выдерживают значительные перегрузки (в 100 раз превышающие номинальное значение тока).

Несмотря на пригодность приборов для измерений в сетях как постоянного, так и переменного тока, их применяют в основном в сетях переменного тока. Недостаточная однородность и невысокое качество железа сердечников уменьшают точность приборов, отградуированных для обоих родов тока.

Рассмотренный измерительный механизм используется также в синхроноскопе - приборе, применяемом при включении синхронных генераторов на параллельную работу.

Схема включения синхроноскопа приведена на рис. 3.2.

Рисунок 3.2 -  Схема включения синхроноскопа электромагнитной системы

 

Конструкция катушек 1, 2 и 3 измерительного механизма аналогична конструкции соответствующих катушек логометра, но их делают из тонкого медного провода с большим количеством витков, вследствие чего обмотки имеют значительное сопротивление. Катушка 3 включается на линейное напряжение сети, катушки 1 и 2 — на линейные напряжения подключаемой синхронной машины. Последовательно с катушками включены резисторы .

Подвижная часть измерительного механизма устанавливается в результирующем магнитном поле трех катушек так, чтобы ось лепестков подвижной части совпадала с тем направлением вращающегося поля , в котором его застанет амплитудное значение пульсирующего поля .

Это положение лепестков подвижной части при одинаковой частоте тока в обмотках катушек зависит от сдвига по фазе между токами и  в обмотках катушек 1, 2 и током  в обмотке катушки 3. Токи и  практически совпадают по фазе с линейным напряжением синхронного генератора, а ток  - с напряжением сети (так как сопротивление резистора  велико).

В связи c этим указательное устройство синхроноскопа при равенстве частот тока сети и подключаемого генератора непосредственно покажет сдвиг по фазе между линейными напряжениями этих трехфазных систем.

Рисунок 3.2 -  Схема включения синхроноскопа

 

При синхронизации частоты тока сети и тока подключаемого генератора неодинаковы. Это приводит к непрерывному изменению угла сдвига по фазе между напряжением сети и э.д.с. генератора, а следовательно, к изменению положения лепестков относительно неподвижных катушек. Так как подвижная часть синхроноскопа может поворачиваться на любой угол, указатель вращается.

Направление вращения зависит от знака разности частот сети и подключаемого генератора. Чем меньше эта разность, тем медленнее вращение указателя синхроноскопа.

Шкала прибора имеет отметку, соответствующую противофазному положению векторов напряжения и э.д.с. синхронизируемых объектов. Синхронная машина должна быть подключена к шинам станции в момент противогазного положения векторов ее э. д. с. и напряжения на шинах.

На рис.3.2 приведена схема включения электромагнитного синхроноскопа.

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

 

 

1. Димов Ю. В. Метрология, стандартизация и сертификация : учеб. для вузов / Ю. В. Димов. − 3-е изд. − СПб. : Питер, 2010. − 464 с.

2. Метрология, стандартизация и сертификация : учеб. пособие / А. И. Аристов, В. Н. Приходько, И. Д. Сергеев, Д. С. Фатюхин. − М. : Инфра-М, 2013. − 256 с.

3. Николаева М. А. Стандартизация, метрология и подтверждение соответствия : учеб. / М. А. Николаева, Л. В. Карташова. − М. : ИД «Форум», 2014. − 336 с.

4. Сергеев А. Г. Метрология, стандартизация и сертификация / А. Г. Сергеев, В. В, Терегеря. − 2-е изд. перераб. и доп. − М. : Издательство Юрайт : ИД Юрайт, 2014. − 838 с.