Меню

Ставится задача измерить напряжение с наибольшей точностью каким методом можно воспользоваться



Информационно измерительные технологии

Обзор и расчет задач для самостоятельного решения по электротехнике и измерительным приборам. Тестовые задания, ответы к ним по информационно-измерительной технике и технологиям, электротехнике и основам электроники.

Рубрика Физика и энергетика
Вид контрольная работа
Язык русский
Дата добавления 06.02.2014
Размер файла 62,0 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Филиал Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования

«Южно-Уральский государственный университет»

(Национальный исследовательский университет) в г. Озерске

Факультет «Электроэнергетика и электротехника»

Кафедра «Информатика и вычислительная техника»

«Информационно измерительные технологии»

гр.326 ОзЗ Князев В.М.

Проверил: А. И. Кольченко

Задачи для самостоятельного решения

Список использованной литературы

Задачи для самостоятельного решения

задачи тесты измерительные технологии

Прибор показывает 9,9 А. Действительная величина тока 10 А. Определить погрешности и поправку. Шкала прибора на 20 А.

Определение поправки: Поправка прибора А — это разность между действительным значением измеряемой величины и показанием прибора, т.е.

Приведенная погрешность — это отношение абсолютной погрешности к верхнему пределу измерения прибора.

Поправка равна абсолютной погрешности, взятой с обратным знаком.

Определить сопротивление шунта к амперметру с внутренним сопротивлением 0,016 ом, если показания прибора нужно увеличить в пять раз.

Распределение токов в рамке амперметра Ia и в шунте Iш обратно пропорционально их сопротивлениям:

Изменяемый ток равен сумме токов:

Выразим ток в шунте из первой формулы и подставим это значение во вторую:

Коэффициент К — называют коэффициентом шунтирования. Он показывает, во сколько раз нужно увеличить показания амперметра с шунтом, чтобы получить измеряемый ток.

Отсюда находим сопротивление шунта:

К амперметру включен шунт, сопротивление которого в 25 раз меньше сопротивления прибора. Какой ток протекает в цепи, если амперметр показал 3А?

Распределение токов в рамке амперметра Ia и в шунте Iш обратно пропорционально их сопротивлениям:

Изменяемый ток равен сумме токов:

Выразим ток в шунте из первой формулы и подставим это значение во вторую:

Коэффициент К — называют коэффициентом шунтирования. Он показывает, во сколько раз нужно увеличить показания амперметра с шунтом, чтобы получить измеряемый ток.

Тогда ток в цепи:

Вольтметром на 15В нужно измерить напряжение 120 В. Определить величину добавочного сопротивления, если внутреннее сопротивление вольтметра 2000 ом.

Максимальный ток, протекающий через вольтметр:

Падение напряжения на добавочном сопротивлении должно составить:

Uд = 120-15 = 105 В

Отсюда добавочное сопротивление:

Rд = = 14000 Ом =14 кОм

Частотомер на 127В обладает сопротивлением 8000 ом. Каково должно быть добавочное сопротивление, чтобы этот частотомер можно было включить в сеть 220 В?

В частотомере и добавочном сопротивлении сила тока одинакова, так как они включены последовательно:

При последовательном соединении напряжение на участке равно сумме напряжений на отдельных резисторах участка, т.е. U = Uч + Uд. Следовательно, nIRч = IRч + IRд. Отсюда:

где n — число, показывающее во сколько раз расширяются пределы измерения прибора.

Отсюда добавочное сопротивление:

Rд = (1,73-1) 8000 = 0,73*8000 = 5840 Ом

Каковы погрешности однофазного ваттметра, показывающего 60 вт при напряжении 120 В, токе 0,6 А и cos = 0,83

Рассчитать полную мощность как истинное значение по формуле:

P = 120*0,6*0,83 = 59,76 Вт

Поправка прибора дА — это разность между действительным значением измеряемой величины и показанием прибора, т.е.

дА = 59,76 — 60= -0,24 Вт

Поправка равна абсолютной погрешности, взятой с обратным знаком.

Относительная погрешность — погрешность измерения, выраженная отношением абсолютной погрешности измерения к измеренному значению измеряемой величины:

Вольтметр включен через измерительный трансформатор 3000/100 В. Определить напряжение на стороне высоковольтных шин. если вольтметр показал 95 В.

Коэффициент трансформации трансформатора n определяется отношением напряжения U1 к напряжению U2:

отсюда напряжение на стороне высоковольтных шин:

Амперметр, включенный через трансформатор тока 150/5 А, показал 4 А. Определить ток в первичной цепи.

Коэффициент трансформации трансформатора n определяется отношением тока I1 к току I2:

отсюда ток в первичной цепи:

Амперметр на 10 А, шкала которого имеет 100 делений, включен через трансформатор тока 500/5 А. Показания амперметра 42 деления. Определить ток в первичной цепи трансформатора.

— коэффициент трансформации трансформатора n определяется отношением тока I1 к току I2:

Для определения цены деления шкалы прибора необходимо из значения верхней границы шкалы вычесть значение нижней границы шкалы и результат разделить на количество делений:

отсюда показания прибора:

отсюда ток в первичной цепи:

Трехфазный ваттметр включен через измерительные трансформаторы напряжения 3000/100 В и тока 50/5 А. Определить мощность первичной цепи если ваттметр показал 150 вт.

Коэффициенты трансформации n для трансформаторов тока и напряжения

мощность первичной цепи:

150*30*10 = 45000 Вт = 45кВт

Ваттметр на 150 В, 5А, 150 делений включен через измерительные трансформаторы 3300/100 В и 600/5 А. Вычислить мощность первичной цепи, тока и напряжения: показание ваттметра 72 деления.

-Коэффициенты трансформации n для трансформаторов тока и напряжения:

цена деления шкалы прибора:

мощность первичной цепи:

360*33*120 = 1425600 Вт

Однофазный ваттметр на 150 В, 5 А, 250 делений включен в трехфазную систему с равномерной нагрузкой через измерительные трансформаторы:3300/100В и 40/5 А. Определить мощность трехфазной сети, если ваттметр показал 50 делений.

— Коэффициенты трансформации n для трансформаторов тока и напряжения:

цена деления шкалы прибора:

мощность трёхфазной сети:

150*33*8* = 150*33*8*1,73 = 68508 Вт

Тестовые задания по информационно-измерительной технике

1. Простейшими измерительными преобразователями тока и напряжения являются:

— шунты и добавочные сопротивления

2. К какому виду погрешностей относится величина, равная разности между измеренным x и истинным xи значениями измеряемой величины?

3. Принцип действия каких приборов основан на взаимодействии магнитных потоков, создаваемых электромагнитами и вихревыми токами, индуцируемыми в подвижном алюминиевом диске.

4. Какие средства измерений относятся к устройствам для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для передачи, преобразования, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем?

5. Работа каких измерительных приборов основана на принципе взаимодействия катушки с током и магнитного потока постоянного магнита?

6. Какой измерительный прибор представляет собой сочетание измерительного преобразователя на микросхемах и магнитоэлектрического измерителя?

— аналоговый электронный вольтметр

7. Как называется последовательность символов, подчиняющихся особому закону, с помощью которого условно отображают числовые значения измеряемой величины?

8. Приведено выражение , где v — относительная погрешность. Что означает это выражение?

9. Приведённая погрешность амперметра равна 0,1%. Номинальный ток 100 мА. Сколько делений должна иметь вся шкала прибора?

10. Мощность определяется косвенным методом через прямые измерения напряжения и сопротивления. При этом погрешность вольтметра составляет 2%, а погрешность омметра 3%. Какова будет максимальная погрешность измерения мощности (результат округлить до целого числа)?

Читайте также:  Код единиц измерения километр

11. Цифровой вольтметр имеет погрешность 2%, время измерения 0,0001. Каково «мёртвое время» прибора?

12. Сколько измерений надо провести, чтобы в конечной точке шкалы измерить напряжение со случайной погрешностью 0,3 %., если вольтметр с верхним пределом измерений 10 В характеризуется приведённой случайной погрешностью 3 %?

13. Ставится задача измерить напряжение с наибольшей точностью. Каким методом можно воспользоваться?

14. Чем определяется увеличение разрешающей способности средства измерения?

— уменьшением погрешности измерения и расширением рабочего диапазона

15. Какие составляющие включает в себя измерительная процедура?

16. Чем обуславливается погрешность при цифровом преобразовании?

-временем выполнения алгоритма преобразования АЦП

17. По какой формуле определяется приведённая погрешность измерения?

x — текущее значение измеряемой величины; xН — номинальное значение;

A — абсолютная погрешность.

Список использованной литературы

1.Калашников В.И. Информационно-измерительная техника и технологии: Учебник для вузов \ В.И.Калашников, С.В.Нефедов, А.Б.Путилин и др.; Под редакцией Г.Г.Раннева, — М.: Высшая школа, 2001.

2. Капиев Р.Э. Измерительно-вычислительные комплексы. Р.Э. Капиев Л., Энергоатомиздат, 1988 г.

3. Ломоносов В. Ю. Электротехника \ В. Ю. Ломоносов, К. М. Поливанов, О. П. Михайлов. — М.: Энергоатомиздат, 2011.

4. Манаев К.М. Приборы и методы электрических измерений. Учеб. пособие для вузов в 2 т. \ К.М. Манаев — Махачкала. Изд.: “Юпитер”, 1998.

5. Цапенко М.П. Измерительные информационные системы: М.П. Цапенко — М.: Энергоатомиздат, 1985.

6 Борисов Ю.М. Электротехника: Учебник для вузов. — 2-е изд., пере-раб. — М: Энергоатомиздат, 1985. — 335 с.

7 Блажкин А.Т. Общая электротехника: Учебн. пособ. для неэлектротехн. спец. вузов. /А.Т.Блажкин, В.А.Бесекерский и др. — 4-е изд., перераб. и доп. — Л.: Энергоатомиздат, 1986. — 159 с.

8 Глазенко Т.А., Прянишников В.А. Электротехника и основы электроники. — М.: Высшая школа, 1996. -356 с.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Общее представление об электрических измерительных приборах. Ознакомление учащихся с приборами магнитоэлектрической и электромагнитной систем. Способы работы с мультиметром. Формирование бережного отношения к электрическим измерительным приборам.

лекция [16,7 K], добавлен 05.12.2008

Решение задач по электротехнике. Расчет выпрямителя источников электропитания электронных устройств. Расчет электронного усилителя. Определение режима работы транзистора. Наращивание размерности мультиплексоров. Сигналы настройки для мультиплексоров.

контрольная работа [1,1 M], добавлен 19.12.2009

Основные уравнения четырехполюсника. Определение коэффициентов четырехполюсника. Расчет задач для отдельных электрических схем. Различные формы записи уравнений четырехполюсников, их формы и соединение. Применение четырехполюсников в электротехнике.

курсовая работа [341,6 K], добавлен 28.10.2014

Автоматизированная информационно-измерительная система «Телеучет». Автоматизированный коммерческий учет электроэнергии субъектов оптового рынка электроэнергии. Состав технических средств. Розничный рынок электроэнергии. Тарифы на электрическую энергию.

курсовая работа [676,6 K], добавлен 31.05.2013

Широкое применение схем уравновешенных и неуравновешенных мостов в измерительной технике. Исходные данные для расчета измерительной схемы автоматического потенциометра, обеспечение высокой чувствительности и линейности шкалы разрабатываемого прибора.

контрольная работа [126,5 K], добавлен 30.01.2015

Источник

МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ И ТОКА

Общие сведения

Измерение тока и напряжения осуществляется в цепях постоян­ного, переменного токов широкого диапазона частот и импульс­ных.

Наиболее высокую точность измерений получают в цепях постоянного тока. При измерениях в цепях переменного тока точность измерений понижается с повышением частоты; здесь кроме оценки среднеквадратичного, средневыпрямленного, среднего и максималь­ного значений иногда требуется наблюдение формы исследуе­мого сигнала и знание мгновенных значений тока и напряже­ния.

Измерители тока и напряжения независимо от их назначения должны при включении не нарушать режима работы цепи измеряемого объекта; обеспечивать малую погрешность измерений, исключив при этом влияние внешних факторов на работу прибора, высокую чувствительность измерения на оптимальном пределе, быструю готовность к работе и высокую надежность.

Выбор приборов, выполняющих измерения тока и напряжения, определяется совокупностью многих факторов, важнейшие из кото­рых: род измеряемого тока; примерные диапазон частот измеряе­мой величины и амплитудный диапазон; форма кривой измеряемого напряжения (тока); мощность цепи, в которой осуществляется измерение; мощность потребления прибора; возможная погрешность измерения (ниже будут указаны требования к конкретным приборам).

Если необходимая точность измерения, допустимая мощность потребления и другие требования могут быть обеспечены ампер­метрами и вольтметрами электромеханической группы, то следует предпочестьэтот простой метод непосредственного отсчета. В мало­мощных цепях постоянного и переменного токов для измерения напряжения обычно пользуются цифровыми и аналоговыми элек­тронными вольтметрами. Если необходимо измерить напряжения с более высокой точностью, следует использовать приборы, дей­ствие которых основано на методах сравнения, в частности на ме­тоде противопоставления.

Измерение тока возможно методом непосредственной оценки аналоговыми и цифровыми амперметрами, а также косвенное. При этом напряжение измеряется на образцовом резисторе с из­вестным сопротивлением. Для исследования формы и определения мгновенных значений напряжения и тока применяют осцилло­графы.

Измерение напряжения в цепях постоянного тока

Метод непосредственной оценки. При использовании метода непосредственной оценки вольтметр подключается параллельно тому участку цепи, на котором необходимо измерить напряжение; При измерении напряжения на нагрузке в цепи с источником энер­гии, ЭДС которого и внутреннее сопротивление , вольтметр включают параллельно нагрузке (рис. 7.1). Если внутреннее сопро­тивление вольтметра , то будет иметь место следующая отно­сительная погрешность измерения напряжения:

(7.1)

где — действительное значение напряжения на нагрузке до включения вольтметра; измеренное значение напряжения на нагрузке .

Отношение сопротивлений обратно пропорционально отношению мощности потребления вольтметра к мощности цепи , поэтому

(7.2)

( как при , так и при ).

Для уменьшенияметодической погрешности измерения напряжения мощностьпотребления вольтметра должна быть мала, а его внутреннее сопротивление велико .

Рисунок 7.1 – Схема включения вольтметра

Измерение напряжения в цепях постоянного тока может быть выпол­нено любым измерителем напряжения, работающим на постоянном токе магнитоэлектрическими, электродинамическими, электромагнитными, электростатическими, аналоговыми и цифровыми электронными вольтметрами). Выбор измерителя напряжения обусловлен мощно­стью объекта измерения и необходимой точностью. Диапазонизме­ряемых напряжений лежит в пределах от микровольт до десятка киловольт.Если объект измерения мощный, используются элек­тромеханические вольтметры и мощность потребления ими не учитывается, если же объект измерения маломощный, то мощность по­требления должна быть учтена, либо используются электронные вольтметры.

Методы сравнения. Компенсационный метод (метод противопоставления) измерениязаключается в уравновешивании, осуществляемом включением на индикатор равновесия либо двух электрически не связанных между собой, но противоположно направленных напряжений или ЭДС, либо двух раздельно регулируемых токов. Компенсационный метод используют для непосредственного срав­нения напряжений или ЭДС, тока и косвенно для измерения других электрических, а также неэлектри­ческих величин, преобразуемых в электрические.

Рисунок 7.2 –Схема компенсации напряжений

Применяют следующие схемы компенсации: а) напряжений или ЭДС (рис. 7.2); б) электрических токов (рис. 7.3).

Схема, показанная на рис. 7.2, наиболее распространенная. В ней измеряемое напряжение компенсируется равным, но про­тивоположным по знаку известным напряжением . Падение на­пряжения создается током на изменяемом по значению ком­пенсирующем образцовом сопротивлении . Изменение про­исходит до тех пор, пока не будет равно . Момент компен­сации определяют по отсутствию тока в цепи магнитоэлектриче­ского гальванометра ; при этом мощность от объекта измерения не потребляется.

Рисунок 7.3 – Схема компенсации токов

Компенсационный метод обес­печивает высокую точность изме­рения.

Устройства, служащие для вы­полнения измерений компенсацион­ным методом, называют потенциометрами или компенсаторами. В практических схемах компенсаторов для обеспечения необходи­мой точности измерения ток в рабочей цепи определяют не ампер­метром непосредственной оценки, а компенсационным методом с помощью эталона ЭДС нормального элемента. Нормальные эле­менты обеспечивают постоянную во времени ЭДС, равную 1,01865 В при температуре 20 °С, внутреннее сопротивление 500-1000 Ом, ток перегрузки 1 мкА. С изменением температуры окружающей среды значение ЭДС уменьшается на каждый градус повышения температуры:

(7.3)

где ЭДС при температуре ; — ЭДС при 20 s w:space=»720″/> «> ;.

Схема компенсатора представлена на рис. 75. Она содержит источник вспомогательной ЭДС ; для питания рабочей цепи, в которую включают регулировочное , компенсирующее и образцовое сопротивления. К зажимам НЭ подключают нор­мальный элемент, ЭДС которого , к зажимам X – искомую ЭДС . В качестве индикатора равновесия используют высоко­чувствительный магнитоэлектрический гальванометр G. При работе с компенсатором выполняют две операции:

1) устанавливают ток в рабочей цепи компенсатора с помощью источника вспомогательной ЭДС (положение 1 переключателя В);

2) измеряют искомую ЭДС (положение 2 переключателя В).

Рисунок 7.4 – Схема компенсатора

Для установки рабочего тока предварительно определяют температуру окружающей среды, затем по (7.3) вычисляют точное значение ЭДС нормального элемента для данной температуры. Далее устанавливают образцовое сопротивление , значение которого выбирают в зависимости от значений тока в рабочей цепи и ЭДС при температуре (сопротивление состоит из катушки с постоянным значением сопротивления и последовательно соединенной с ней температурной декадой). Затем переключатель В ставят в положение 1 и ЭДС нормального элемента противопоставляют падению напряжения на , которое регулируется с помощью изменяющего значение тока в рабочей цепи резистором . Момент компенсации соответствует нулевому отклонению гальванометра , т. е. .

После установления рабочего тока для измерения пере­ключатель В ставят в положение 2 и регулировкой образцового компенсирующего сопротивления вновь доводят до нуля ток в цепи гальванометра . Тогда

(7.4)

где I — значение тока, установленное при положении 1 переклю­чателя В; — значение образцового компенсирующего сопро­тивления, при котором имеет место состояние равновесия.

Сопротивление выполняют по специальным схемам, кото­рые обеспечивают постоянное сопротивление между точками 3, 4 и переменное сопротивление между точками 3, Д, а также необхо­димое число знаков и точность отсчета.

Указанным условиям удовлетворяют схемы с замещающими (рис. 7.5) и шунтирующими декадами (рис. 7.6). В схеме с замещаю­щими декадами все секции верхних декад полностью дублированы соответствующими секциями нижних декад. Переключатели двух одинаковых декад связаны механически. При перемещении пере­ключателей общее сопротивление остается неизменным: если умень­шаются значения сопротивлений верхних декад, то увеличиваются значения сопротивлений нижних декад, и наоборот. Компенсирую­щее напряжение можно снимать с верхних или нижних декад. Каждая последующая декада имеет сопротивление секции в десять раз меньше предыдущей. В схеме с шунтирующими декадами при каждом положении двойных переключателей одна секция верхней декады шунтируется девятью секциями нижней декады, при этом общее сопротивление между точками 3 и 4 (см. рис. 7.4) остается неизменным. Ток через секции сопротивлений нижней декады в десять раз меньше тока через секции сопротивлений верхней декады, т. е.

Рисунок 7.5 – Схема с замещающими декадами

(7.5)

Компенсирующее напряжение можно определить так

(7.6)

где , — соответственно число включенных секции верхней и нижней декад; , — падения напряжения на отдельных секциях соответствую­щих декад.

Рассмотренные вари­анты выполнения сопро­тивления обеспечи­вают неизменность его полного значения, а сле­довательно, и неизмен­ность тока в момент компенсации, если ЭДС вспомогательного источ­ника .

Рисунок 7.6 – Схема с шунтирующими декадами

В зависимости от зна­чения сопротивления ра­бочей цепи различают компенсаторы постоянного тока большого сопротивления (высокоомные 10-40 кОм, ток рабочей цепи , порядок измеряемого напряжения 1-2,5 В, погрешность измерения 0,02 % от измеряемой величины) и малого сопротивления (низкоомные 10-1000 Ом; ток рабочей цепи , по­рядок измеряемого напряжения до 100 мВ, погрешность измере­ние 0,6 % от измеряемого значения).

Схемные решения и конструкции компенсаторов постоянного тока могут быть различны.

Высокоомные компенсаторы используют для поверки магнитоэлектрических, электродинамических вольтметров, для расширения пределов измерения напряжения компенсаторами применяют высокоомные резисторные делители напряжения с отводами от опре­деленных частей, что позволяет уменьшить измеряемое напряжение в раз (10, 100, 1000) до значения, близкого к верхнему пределу измерения компенсатора. При использовании делителя напря­жения от объекта измерения потребляется некоторая мощность, т. е. теряется одно из основных преимуществ компенсационного метода.

При измерении ЭДС источников с большим внутренним сопро­тивлением или напряжений, действующих в высокоомных цепях, входное сопротивление магнитоэлектрических и электронных вольтмет­ров может быть недоста­точно большим, поэтому целесообразно использо­вать дифференциальный или компенсационный метод.

Рисунок 7.7 – Схема измерения постоянного напряжения дифференциальным методом

Дифференциальный метод основан на изме­рении разности между измеряемым и образцовым напряжением при их неполной компен­сации. Схема измерения представлена на рис. 7.7. Высокоомный электронный вольтметр с чувствительным пределом служит для измерения разностного напряжения между измеряемым и образ­цовым напряжениями. Магнитоэлектрический аналоговый или цифровой вольтметр используется для измерения образцового напряжения . Рекомендуется при измерить вольтмет­ром ориентировочное значение , а уже затем установить по вольтметру удобное для отсчета напряжение . Измеряе­мое напряжение при указанной полярности включения вольт­метра определяется как .

Дифференциальный метод обеспечивает высокую точность изме­рения напряжения. Погрешность измерения определяется в основ­ном погрешностью вольтметра, измеряющего .

Входное сопротивление цепи

(7.7)

и намного превышает входное сопротивление вольтметра

Гальванометрические компенсаторы служат для измерения ма­лых постоянных напряжений (порядка В). Основными эле­ментами гальванометрического компенсатора (рис. 7.8) являются: измерительный механизм магнитоэлектрического зеркального галь­ванометра , образцовый резистор обратной связи , фоторезисторы и , источники постоянного напряжения с , магнитоэлектрический микроамперметр. На зеркальце гальвано­метра направлен луч света от прожектора Пр. При отсутствии напряжения луч света, отраженный от зеркала, оди­наково освещает фотосопро­тивления, в результате ток . При подаче на вход измерителя напряжения в цепи гальванометра появ­ляется ток , подвижная часть гальванометра повора­чивается на некоторый угол и происходит перераспределе­ние освещенности фоторези­сторов и изменение их соп­ротивлений. Согласно схеме включения фоторезисторов и полярности сопротивление фоторезистора уменьшится, a увеличится. Через резистор потечет ток , создавая на компенсирующее напряжение , почти равное измеряемому напряжению . Значение тока авто­матически изменяется в зависимости от изменения измеряемого напряжения , но всегда так, что выполняется условие , обеспечиваемое за счет небольших изменений тока в цепи галь­ванометра:

(7.8)

Чем чувствительнее гальванометр, тем при меньших измене­ниях произойдет соответствующее изменение тока , нужное для выполнения условия .

Повышение чувствительности достигается благодаря примене­нию специальной конструкции гальванометра, что обеспечивает при токах порядка максимальный угол поворота подвижной части.

Значение компенсирующего тока зависит от значений , относительного изменения фотосопротивлений и может достигать нескольких десятков микроампер.

Рисунок 7.8 – Схема гальванометрического компенсатора

Гальванический компенсатор имеет высокую чувствительность при высоком входном сопротивлении.

Электрометрические компенсаторы — измерители напряжения, использующие электромеханический электрометр и имеющие весьма высокое входное сопротивление ( ). Они просты и удобны в эксплуатации. Электромеханический электрометр представляет собой чувствительный электростатический измеритель­ный механизм, легкая подвижная часть которого подвешивается на тонкой упругой нити. В механизме применяется световой ука­затель положения подвижной части. Схема электрометрического компенсатора представлена на рис. 7.9, где электрический электро­метр, состоящий из двух неподвижных обкладок 1, 2 иподвижной обкладки 3, расположенной симметрично относительно неподвиж­ных. К подвижной обкладке прикреплено миниатюрное зеркальце. На неподвижные обкладки подается напряжение возбуждения , что позволяет повысить чувствительность и возможность установки нуля показаний электрическим путем (при замкнутых зажимах посредством переменного резистора ).

Принцип работы элект­рометрического компенса­тора аналогичен работе гальванометрического ком­пенсатора.

При подключении изме­ряемого напряжения подвижная часть электро­метра Э повернется на не­который угол, что приве­дет к перераспределению световых потоков, освещаю­щих фоторезисторы и , к появлению тока компенсации и соответст­венно напряжения , уравновешивающего измеряемое напряжение . Подвижная часть электрометра будет отклоняться до тех пор, пока не наступит равенство напряжений . Так как сопротивление резистора обратной связи RK может быть незначительным, то ток может быть сравнительно большим и измеряться микроамперметром. Входной ток компенсатора опре­деляется токами утечки, поэтому он мал, а, следовательно, входное сопротивление велико ( Ом). Кроме измерителей напря­жения строятся и высокочувствительные электрометрические изме­рители тока.

Рисунок 7.9 – Схема электрометрического компенсатора

Измерение постоянного тока

Метод непосредственной оценки. Амперметр включается после­довательно в разрыв исследуемой цепи.

Последовательное включение амперметра с внутренним сопро­тивлением в цепь с источником ЭДС и сопротивлением (сопротивление нагрузки и источника) приводит к возрастанию общего сопротивления и уменьшению протекающего в цепи тока.

Относительная погрешность измерения тока

(7.9)

где — действительное значение тока в цепи до включения амперметра; — измеренное значение тока в цепи .

Отношение сопротивлений можно заменить отношением мощ­ностей и потребления соответственно амперметра и самой цепи:

(7.10)

Погрешность измерения тем меньше, чем меньше мощностьпотребления амперметра по сравнению с мощностью потребле­ния цепи , в которой осуществляется измерение. Поэтому амперметр, включаемый последовательно в цепь измерения, должен обладать малым сопротивлением, т. е. .

Диапазон значений постоянных токов, с измерением которых приходится встречаться в различных областях техники, чрезвы­чайно велик (от токов А до десятков и сотен тысяч ампер). Поэтому, естественно, методы и средстваизмерения их различны.

Измерение постоянного тока может быть выполнено любым измерителем постоянного тока:магнитоэлектрическими, электродинамическими, аналоговыми и цифровыми электронными амперметрами. При необходимости измерения весьма малых токов, значительно меньших тока полного отклонения , магнитоэлектриче­скогоизмерителя, последний применяют совместно с усилителем постоянного тока. Усиления тока можно добиться при включении биполярных транзисторов по схеме с общим эмиттером (ЭП), которая обеспечивает малое входное сопротивление усилителя.

Токи А можно измерить непосредственно с помощью высокочувствительных магнитоэлектрических зеркальных галь­ванометров и гальванометрических компенсаторов.

Косвенное измерение тока. Кроме прямого измерения токов амперметрами возможно косвенное измерение токов с помощью образцовых резисторов, включаемых в разрыв цепи, и высоко­чувствительных измерителей напряжения. Измеряемый ток опре­деляется , где — падение напряжения на образцовом резисторе , измеренное вольтметром, компенсатором постоянного тока.

Для получения минимальных погрешностей измерения сопро­тивление резистора должно быть много меньше сопротивления цепи, в которой измеряется ток.

Измерение малых токов. Предельная чувствительность любого измерителя тока зависит от тока тепловых шумов, который тем меньше, чем больше внутреннее сопротивление измерителя. Для снижения этого тока до уровня А в полосе частот от 0 до 0,01-0,1 Гц необходимо применять приборы с внутренним сопротивлением не менее Ом, поэтому магнитоэлектри­ческие гальванометры, гальванометрические компенсаторы, уси­лители на биполярных транзисторах относят к сравнительно низкоомным измерительным устройствам и, следовательно, они не мо­гут использоваться при измерении токов менее А. Для измерения малых постоянныx и медленно изменяющихся токов применяют пассивные преобразователи тока в напряжение в сочетании с чувствительным измерителем напряжения, имеющим очень высокое входное сопротивление (до Ом) и малый уро­вень шумов. Максимально должны быть уменьшены также паразит­ные токи. К пассивным преобразователям относят преобразователи резистивные, емкостные, логарифмирующие.

В резистивных преобразователях тока в напряжение применяют высокоомные резисторы, значение сопротивления которых зависит от протекающего через резистор тока и изменяется во времени под влиянием температуры, влажности и т. п. Номинальные значе­ния сопротивлений выпускаемых высокоомных резисторов до Ом значительно зависят от приложенного напряжения, темпе­ратурный коэффициент до и временной дрейф до несколь­ких процентов в год.

В узкой полосе частот высокоомный резистор может быть пред­ставлен в виде параллельного соединения сопротивления и емкости (порядка десятых долей пикофарады).

В емкостных преобразователях тока в напряжение скорость изменения напряжения) применяют конденсаторы с высококачественной изоляцией или специальные воздушные конденсаторы. Погрешность преобразования определяется погрешностью измере­ния емкости конденсатора и изменением емкости в процессе накоп­ления заряда под влиянием медленной поляризации диэлектрика, поэтому емкость конденсатора зависит от частоты измеряемого тока. Для конденсатора характерны те же источники помех по току и напряжению, что и для резистора. Шунтирующее сопротивление конденсатора достигает Ом.

В логарифмирующих преобразователях тока в напряжение при­меняются электровакуумные и полупроводниковые приборы с вольтамперной характеристикой, описываемой логарифмической зависи­мостью. Сопротивление логарифмирующего элемента изменяется под действием измеряемого тока таким образом, что абсолютные приращения напряжения при одинаковых относительных прира­щениях тока остаются неизменными. В зависимости от типа лога­рифмирующего элемента и режима его работы приращение напря­жения на декаду тока лежит в пределах от 50 мВ до нескольких вольт. Поведение логарифмирующего элемента как преобразователя малого тока в напряжение наиболее полно может быть описано его вольтамперной характеристикой. Логарифмирующий элемент шун­тирован сопротивлением изоляции и емкостью между электродами. Влияние шунтирующего сопротивления проявляется в искажении вольтамперной характеристики. Полоса рабочих частот преобразо­вателя определяется емкостью логарифмирующего элемента.

Измерители малых токов с резистивными и емкостными преобра­зователями тока в напряжение для усиления выходного напряже­ния преобразователя, необходимого для работы показывающих или регистрирующих устройств, используют электрометрические усилители (ЭМУ). Входная цепь ЭМУ может быть охарактеризо­вана входным сопротивлением , входной емкостью , эквива­лентным источником напряжения помех и эквивалентным источником тока помех .

Значительное увеличение входного сопротивления ЭМУ полу­чают за счет использования во входном каскаде электростатических измерительных механизмов, электрометрических ламп (с сеточным током до А), динамических конденсаторов (емкостных вибрационных преобразователей постоянного напряжения в напря­жение высокой частоты); варикапов(полупроводниковых управ­ляемых емкостей); МОП-транзисторов (полевых транзисторов с изо­лированным затвором); сегнетодиэлектриков.

Сегнетоэлектрики класс диэлектриков, обладающий электризованностью в отсутствии внешнего электрического поля.

Если стрелками указать вектора поляризованности, то схематически можно представить

Внешнее поле отсутствует

Дата добавления: 2018-02-28 ; просмотров: 5568 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Источник