![]() Студопедия КАТЕГОРИИ: АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция |
ИЗМЕРЕНИЕ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ.
Измерение постоянного и переменного токов. Для измерения тока в каком-либо элементе электрической цепи последовательно с ним включают измеритель тока — амперметр (рис. 1.19). При измерении малых постоянных токов (менее 10—3 А) используются прямые и косвенные методы измерения. В первом случае ток измеряют приборами непосредственной оценки, например магнитоэлектрическими микроамперметрами. Для увеличения чувствительности применяют усилители постоянного тока. Более точным, но и более сложным является косвенное измерение тока, при котором в измерительную цепь включают резистор с известным сопротивлением Рис 1.19 Измерение тока амперметром.Рис 1.20 Измерение напряжения компенсационным методом.
На рис. 1.20 показана принципиальная схема измерения напряжения U компенсационным методом. В верхнем контуре под действием ЭДС вспомогательного источника питания
где Поскольку ЭДС нормального элемента и значение сопротивления
Из этого выражения видно, что точность измерения Выпускаемые промышленностью компенсаторы имеют следующие классы точности: 0,0005; 0,001; 0,002; 0,005; 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5. Максимальное напряжение, измеряемое компенсатором непосредственно, составляет 2,12111 В. Постоянные токи порядка 10-3 — 102 А измеряют, как правило, приборами непосредственной оценки — миллиамперметрами и амперметрами магнитоэлектрической, электромагнитной и электродинамической систем, а также электронными аналоговыми и цифровыми приборами. Для измерения больших постоянных токов (свыше 100 А) обычно применяют амперметры магнитоэлектрической системы с использованием шунтов, подключаемых параллельно измерительному механизму ИМ (рис. 1.21, а). Сопротивление шунта подбирается из соотношения где
При измерении переменных токов важно, какое значение тока измеряется действующее, амплитудное или среднее. Это вызвано тем, что все приборы градуируются в действующих значениях синусоидального тока, а реагируют подвижные части некоторых измерительных механизмов на среднее значение измеряемой величины. Переменные токи до 100 мкА измеряют обычно цифровыми микроамперметрами. Токи свыше 100 мкА измеряют выпрямительными микроамперметрами Для измерения переменных токов в диапазоне 10 мА — 100 А используют электромагнитные, электродинамические и выпрямительные приборы, работающие в частотном диапазоне до десятков килогерц, и термоэлектрические приборы в диапазоне частот до сотни мегагерц. Большие переменные токи измеряют теми же приборами, но с использованием измерительных трансформаторов тока ТТ (рис. 1.22,а). В этом случае для определения значения измеряемого тока
Рис 1 22 Измерение тока и напряжения с Рис 1.21. Измерение тока и апряжения использованием шунта (а)и добавочныхс использованием измерительных резисторов (б). трансформаторов.
Измеряют переменные токи и косвенным способом. В этом случае последовательно в измерительную цепь включают образцовый резистор и измеряют падение напряжения на нем. При измерении тока включение в измеряемую цепь амперметра с внутренним сопротивлением
где Измерение постоянного и переменного напряжений. При измерении ЭДС и напряжения на каком-либо участке электрической цепи включают измеритель параллельно этому участку (рис. 1.23). При измерениях постоянных напряжений в диапазоне 1 — 1000 мкВ используют цифровые микровольтметры и компенсаторы постоянного тока. Значения напряжений от десятков милливольт до сотен вольт измеряют приборами магнитоэлектрической, электромагнитной, электродинамической систем, электронными аналоговыми и цифровыми вольтметрами с использованием делителей напряжения и добавочных резисторов. Схема включения вольтметра с добавочными резисторами
где Для измерения постоянных напряжений до нескольких киловольтприменяют в основном электростатические вольтметры, реже приборы других систем с делителями напряжения.
Рис.1.23 Измерение напряжения вольтметром.
Большие значения переменных напряжений (свыше киловольта) измеряют теми же приборами, но с применением измерительных трансформаторов напряжения (см. рис. 1.22,6). Последние, кроме преобразования переменного напряжения, обеспечивают изоляцию вторичной цепи от первичной, находящейся под высоким напряжением. При включении вольтметра с внутренним сопротивлением Rv к участку электрической цепи изменяется режим ее работы. В этом случае возникает методическая погрешность измерения напряжения
где Чем больше внутреннее сопротивление вольтметра, тем меньше погрешность измерения. Задача 1.11. Рассчитать многопредельный шунт (рис. 1.24,а) к измерительному механизму М342 на пределы измерения токов 5; 20; 30 А. Сопротивление цепи измерителя Решение. Сопротивление шунта Рис. 1.24. К задачам 1.11 и 1.12. Ток в ветви измерителя при токе 5А n=5/0,03=167,
при токе 20А n=20/0,03=667,
при токе 30А n=30/0,03=1000, Зная Ответ Задача 1.12.Вольтметр постоянного напряжения с пределом измерения Решение. Сопротивление добавочного резистора
где
Ответ: Сопротивления добавочных резисторов
Задача 1.13. Определить ценуделения вольтметра суи амперметра с, подключаемыхкобъекту измерения через измерительные трансформаторы напряжения и тока с заданнымикоэффициентами трансформации. Данные вольтметра, амперметра и ответы приведены втабл. 1.6. Таблица1.6.
Задача 1.14. Определить сопротивление шунта Ответ: Задача 1.15. К вольтметру, сопротивление которого Ответ: 150 В. Задача 1.16. Для расширения верхнего предела измерения электростатического вольтметра, имеющего верхний предел измерения 300 В и Ответ: 4470 пФ. 1.5. ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ И ЭНЕРГИИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ Измерение мощности осуществляют с помощью прямого и косвенного методов. При прямом методе используют ваттметры, при косвенном — амперметры и вольтметры. Измерение мощности в цепях постоянного тока. В цепях постоянного тока мощность измеряют методом амперметра — вольтметра. Измерив амперметром ток I и вольтметром напряжение U (рис. 1.25), вычисляют мощность приемника:
Для уменьшения погрешности из-за влияния внутренних сопротивлений приборов схему рис. 1.25,а следует использовать при малых значениях сопротивления R, а схему рис. 1.25,5 — при больших.
Рис 1.26 Измерение активноймощности Рис 1 27 Измерение реактивной мощности в однофазных цепях. в однофазных цепях. Измерение мощности в однофазных цепях синусоидального тока. Полную мощность S приемника измеряют, как правило, методом амперметра-вольтметра:
где Активную Измерение активной мощности в однофазных цепях производят по схеме рис. 1.26. Токовую обмотку включают в цепь последовательно с приемником, т е. в цепь тока I, а обмотку напряжения — параллельно приемнику Z на напряжение U. Угол отклонения указателя пропорционален активной мощности:
Измеренную ваттметром активную мощность вычисляют из выражения
где Измерение реактивной мощности в однофазных цепях проводят с помощью реактивных ваттметров, называемых варметрами. В этих приборах схемным путем создается искусственный сдвиг фаз на 90° между напряжением U на приемнике и током в обмотке напряжения прибора т.е. вращающий момент пропорционален реактивной мощности пропорционален реактивной мощности. Измерение мощности в трехфазных цепях синусоидального тока.Полная мощность при симметричном приемнике может быть измерена методом амперметра — вольтметра и вычислена по формуле
При симметричном приемнике активную мощность приемника определяют с помощью одного ваттметра, измеряя активную мощность одной фазы На рис. 1.29, а,бпоказано включение прибора непосредственно в одну из фаз приемника. В случае если нейтральная точка приемника недоступна или зажимы фаз приемника, включенного треугольником, не выведены, применяют схему рис. 1. 29,в, называемую схемой с искусственной нейтральной точкой. В этом случае дополнительно в две фазы включают резисторы с сопротивлением Измерение активной мощности симметричного приемника в трехфазной цепи одним ваттметром применяют только при полной гарантии симметричности трехфазной системы.
Схему двух ваттметров широко применяют для измерения активной мощности симметричного или несимметричного приемника. Этот метод пригоден только для трехпроводных трехфазных цепей. Показания двух ваттметров при определенной схеме их включения позволяют определить активную мощность трехфазного приемника, включенного в цепь с симметричным источником напряжения питания. На рис. 1.30 показана одна из возможных схем включения ваттметров: здесь токовые катушки включены в линейные провода с токами а) б) в) Рис 1.29 Измерение активной мощности при симметричном приемнике в трехфазной цепи.
Рис. 1.30. Измерение активной мощности трехфазной цепи с помощью двух ваттметров.
Докажем, что ваттметры в схеме рис. 1.30,а измеряют активную мощность трехфазного приемника. Мгновенная мощность трех фаз приемника соответствует выражению ( Среднюю, т.е. активную мощность, выраженную через действующие напряжения и токи, определяют из выражения
Ввиду того, что косинусы углов в полученной формуле могут быть как положительными, так и отрицательными, в общем случае активная мощность приемника, измеренная по методу двух ваттметров, равна алгебраической сумме показаний. На рис. 1.30,б приведена векторная диаграмма токов и напряжений для схемы рис. 1.30,а при симметричном активно-индуктивном приемнике, включенном звездой. Здесь α — угол между векторами
где φ — угол сдвига фаз между напряжением Возможны и другие схемы включения приборов для измерения активной мощности трехфазной цепи с помощью двух ваттметров (рис.1.31).
Рис 1.31 Электрические схемы включения вапмефов для измерения активной мощности гречфазной цепи
Рис 1 32 Схема включения вапмефа для измерения реакшвной мощноеш фехфазной цепи (л) и векторная диаграмма (6) для эюн схемы. Рис 1 3 Схема включения однофазного счетчика энергии. Для измерения активной мощности в трехфазных трехпроводных цепях промышленных установок и на электростанциях широкое применение находят двухэлементные трехфазные электродинамические и ферро- динамические ваттметры, которые содержат в одном корпусе два измерительных механизма и общую подвижную часть Катушки обоих механизмов соединены между собой по схемам, соответствующим рассмотренномч методу двух ваттметров Показание двухэлементного ваттметра равно активной мощности трехфазного приемника Измерение реактивнои мощности симметричного приемнка, включенного в трехпроводную трехфазную цепь можно осуществить одним ваттметром, включив его по схеме рис. 1.32,а. Эта схема отличается от схемы рис. 1.29, применяемой для измерения активной мощности. Так, если токовая обмотка ваттметра включена в линейный провод с током Как видно из векторной диаграммы рис. 1.32,б, показание ваттметра при такой схеме включения будет соответствовать выражению.
где Учет производства и потребления электрической энергии. Измерение энергии в одно- и трехфазных цепях переменного тока проводится с помощью электрических счетчиков — приборов индукционной системы. Вращающие элементы счетчиков для учета активной и реактивной энергии включаются по схемам включения ваттметров для измерения активной и реактивной мощности. Генераторные зажимы, токовых обмоток обозначают буквой Г, а зажимы, к которым подключается нагрузочное устройство (потребитель), — буквой Н. Рассмотрим наиболее распространенные схемы включения счетчиков. На рис. 1.33,а изображена схема присоединения обмоток однофазного счетчика непосредственного включения для учета активной энергии. Из рисунка видно, что данная схема аналогична подключению ваттметра для измерения активной мощности в однофазных цепях (см. рис 1.26). (Учет реактивной энергии в однофазных цепях у нас в стране не производится). Включение вращающих элементов двухэлементных счетчиков для учета активной энергии в трехфазных трехпроводных цепях (см. рис. 1.33, б,в) производится аналогично схемам включения двух ваттметров для измерения активной мощности (см.рис 1.30). Для учета реактивной энергии в трехфазных цепях используют счетчики реактивной энергии типа СР4. Вращающие элементы таких счетчиков включаются по правилам включения ваттметров на «чужое» напряжение для измерения реактивной мощности (см.рис 1.32) Для расширения пределов измерения счетчики реактивной энергии также могут включаться через трансформаторы тока и напряжения. Задача 1.17. В схеме цепи рис. 1.30 при симметричном приемнике (электрический двигатель) приборы показали:
Решение. Активная мощность приемника, измеренная ваттметрами, равна сумме их показаний: Активное сопротивление Реактивное сопротивление Таким образом, комплексное сопротивление фазы приемника Ответ Задача 1.18. Определить среднюю мощность приемника по показаниям однофазного счетчика активной энергии СО-5У (рис. 1.34). Паспортные данные счетчика: Решение. Активная энергия, измеренная счетчиком, Здесь Ответ Активная мощность приемника Задача 1.19*. Определить активную мощность трехфазного симметричного приемника по показаниям двух ваттметров
Рис.1.34. К задаче 1.18.
Задача 1.20. Определить показания ваттметров в схеме рис. 1.35, если Ответ: Задача 1.21. Для определения мощности участка цепи с активным сопротивлением были измерены; напряжение 125 В — измерительным прибором класса 1,5 с пределом измерения 150 В, а также сопротивление 20 Ом — измерительным мостом, погрешность измерения которым составляет δ= ±0,2%. Определить мощность, абсолютную и относительную погрешности. Ответ:Р = 781 Вт; Δ = ± 29,7 Вт; δ = ± 3,8%. Задача 1.22. Определить наибольшую возможную относительную погрешность при измерении электрической энергии ваттметром (К=0,5; Ответ:δ = 3,6%. 1.4. ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ Как известно, к параметрам электрических цепей относятся сопротивление R, емкость С, индуктивность L, взаимная индуктивность М Для измерения значений этих величин используют разнообразные методы прямого и косвенного измерения. Измерение электрического сопротивления постоянному току. Электрические сопротивления катушек, резисторов и других элементов постоянному току можно условно разделить на малые (до 1 Ом), средние(1 — 107 Ом) и большие (свыше 10 МОм). Для измерения малых сопротивлений применяют метод амперметра — вольтметра и двойные мосты постоянного тока. Наиболее часто в практике встречаются устройства, обладающие средними сопротивлениями, для измерения которых применяют метод амперметра — вольтметра, омметры, одинарные мосты (неавтоматические с ручным уравновешиванием и автоматические) и различные компенсационные методы. Для измерения больших сопротивлений используют мегаомметры и тераомметры. Метод амперметра — вольтметра (см. рис. 1.25) является наиболее простым косвенным методом измерения малых и средних сопротивлений R. Схему рис. 1.25,а рекомендуется применять при измерении малых сопротивлений, так как в этом случае ток Однако вследствие влияния внутренних сопротивлений приборов измерение методом амперметра — вольтметра сопряжено с методической погрешностью: сопротивление При точных измерениях необходимо знать внутренние сопротивления приборов и вносить соответствующие поправки в результат измерения. Погрешность не превысит 1%, если для схемы рис.1.25,а выбрать вольтметр с сопротивлением
Рис 1 36 Электрическая схема (а) и шкала (б) омметра, устройство магнитоэлектрического логометра (в).
Омметрпредставляет собой прибор, предназначенный для прямого измерения сопротивления. На рис 1 36,а приведена схема одного из типов омметров. Он состоит из магнитоэлектрического измерительного механизма, шкала которого проградуирована в омах ( Ω ), источника питания с напряжением U, добавочного резистора
где При разомкнутых зажимах АВ ( Омметры удобны в практике, но имеют большую погрешность (класс точности 2,5) из-за неравномерности шкалы и нестабильности напряжения источника питания (батарея гальванических элементов) Для устранения последнего недостатка в омметрах используют логометричсский измерительный механизм. Устройство магнитоэлектрического логометра показано на рис 1 36.в.Угол отклонения подвижной части логометра зависит от отношения двух токов Угол поворота подвижной части логометра пропорционален отношению токов в рамках. В качестве примера ниже рассмотрен такой омметр, используемый для измерения больших сопротивлений Мегаомметр (рис. 1.37) представляет собой омметр, предназначенный для измерения больших сопротивлений (до
Рис. 1.37. Электрическая схема омметра. Рис. 1.38. Электрическая схема измерительного моста.
Рассмотрим мостовой метод измерения. Измерительное устройство, выполненное по мостовой схеме (рис. 1.38) и позволяющее измерять электрическое сопротивление методом сравнения, называют измерительным мостом. Разновидностями мостов постоянного тока являются одинарные (четырехплечие) и двойные (шестиплечие) мосты как уравновешенные, так и неуравновешенные. Мосты выполняются с ручным и автоматическим уравновешиванием. Наиболее широкое применение имеют одинарные уравновешенные мосты. На рис. 1.38 представлена электрическая схема одинарного моста постоянного тока, содержащая четыре плеча и две диагонали. В одно плечо моста включается объект с измеряемым сопротивлением откуда получаем уравнение равновесия моста:
![]() Произведения сопротивлений элементов, включенных в противоположные плечи уравновешенного моста, равны друг другу. Добившись равновесия моста путем регулирования сопротивлений резисторов в плечах, записывают их значения и вычисляют искомое значение сопротивления
Плечо Одинарный мост служит для измерений только средних сопротивлений, малые и большие сопротивления измерять им не рекомендуется. Нижний предел (единицы ом) измерения моста ограничен влиянием сопротивлений соединительных проводов и переходных контактов, которые неизбежно включаются в плечо ас последовательно с измеряемым объектом Для измерения малых сопротивлений служат двойные мосты, для измерения сопротивлений в диапазоне 109— 1016 Ом — специальныемосты. Кроме мостов с ручным уравновешиванием, в измерениях применяют основанные на том же принципе автоматические анапоговые или цифровые мосты. Они позволяют непрерывно следить за изменениями измеряемого параметра и даже осуществлять его регулирование (см. § 8.1). Компенсационный метод измерения позволяет измерять малые и средние сопротивления с наивысшей точностью. На рис 1.39 приведена схема измерительной цепи, включающая потенциометр постоянного тока (см. § 1.4), переключатель на две позиции, образцовый резистор R0, источник питания Е и объект с измеряемым сопротивлением
Рис 1.39 Электрическая схема измерения сопротивлений компенсационным методом.
Измерение индуктивности, взаимной индуктивности и емкости.Дляизмерения индуктивности L, взаимной индуктивности М и емкости С применяют приборы непосредственной оценки и приборы сравнения. Индуктивность L катушки как пассивного двухполюсника определяют косвенным методом с помощью амперметра, вольтметра и ваттметра или резонансным методом. При более точных измерениях пользуются мостовым методом. Взаимную индуктивность М проще всего определить индукционным методом, ее можно измерить и с помощью моста. Емкость С измеряют методами непосредственной оценки или методами сравнения. Рассмотрим некоторые из этих методов, наиболее распространенные на практике: сначала методы непосредственной оценки, а затем методы сравнения Метод амперметра — вольтметра — ваттметра (рис.1.40) удобен и доступен для практики при определении параметров пассивных двухполюсников переменного тока промышленной частоты. Результаты измерений действующих значений тока Резонансный метод (рис. 1.41) позволяет измерить индуктивность катушки L более точно по сравнению с методом амперметра — вольтметра — ваттметра. Изменяя емкость конденсатора С, добиваются максимального значения тока в цепи, что соответствует режиму резонанса напряжений (см. кн.1) Тогда искомая индуктивность
Рис 1.40 Схема измерения параметров Рис 1 41 Схема измерения индуктив пассивного двухполюсника методом ности катушки резонансным методом амперметра — вольтметра — ваттметра. Частота напряжения источника питания со должна быть известна По схеме, аналогичной приведенной на рис 1.41, построен прибор, называемый куметром и предназначенный для определениядобротности катушки:
где Индукционный метод служит для косвенного измерения взаимной индуктивности М двух обмоток Для этого в схеме рис. 1.42 измеряют ток
где Фарадметр является прибором прямого действия, позволяющим непосредственно по шкале определить искомое значение емкости Измерительный механизм фарадметра (рис 1 43) содержит неподвижную катушку 1и две подвижные, жестко скрепленные катушки 2 и 3
Рис 1.42 Схема измерения взаимной Рис 1.43 Электрическая схема фарадметра индуктивности индукционным методом
В цепь неподвижной катушки включен конденсатор с известной емкостью С, а в цепь подвижной катушки 3 — образцовый конденсатор емкостью
Шкалу фарадметра градуируют непосредственно в единицах емкости и при Мостовой метод измерений как метод сравнения широко применяют в цепях переменного тока для точных измерений емкости С, индуктивности L и взаимной индуктивности М. На рис. 1.44 приведена схема мостовой цепи, применяемой для определения параметров индуктивной катушки (
и приравнивая мнимые и действительные составляющие, получим
Рис. 1.44 Электрическая схема мостового метода измерения параметров индуктивной катушки
Рис 1 45 Электрические схемы мостового метода измерения емкости конденсатора а — без потерь; б — с малыми потерями; в — с большими потерями.
На рис. 1.45 приведены схемы электрических цепей мостов, применяемых для измерения емкости
Кроме определения емкости
Как показывает теория мостов переменного тока, не всякое сочетание элементов в плечах моста приводит к его уравновешиванию. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2018-05-10; просмотров: 610. stydopedya.ru не претендует на авторское право материалов, которые вылажены, но предоставляет бесплатный доступ к ним. В случае нарушения авторского права или персональных данных напишите сюда... |