Вопрос №54. Преобразователи средневыпрямленных, среднеквадратических и амплитудных значений

12
Далее ⇒

Расчетно-графическая работа

По дисциплине «Методы и средства измерения»

 

 

Руководитель курсовой работы: Выполнил курсовую работу:

Бурченков Г.К._________________ Студент ФАКС группа ВА-81

(ФИО, подпись)

Оценка________________________ Ерко Е.А.________________

Зачетная книжка № ВА8108

 

Киев – 2010

Содержание:

Задачи к расчетно-графической работе………………………….……..…3

Раздел 1. Решение задач

1.1 Задача №1………………………………………………….…………..…..5

1.2 Задача №13………………………………………………….………….….7

1.3 Задача №28…………………...………………………………….…..……11

Раздел 2. Теоретические положения

2.1 Вопрос №50. Меры емкости……………………………………...…...15

2.2 Вопрос №54 Преобразователи средневыпрямленных, среднеквадратических и амплитудныхзначений………………….……..17

2.3 Вопрос №70. Мосты для измерениячастоты..………………...…….22

Рисунок 1.1 – Схема измерения напряжения .………………………...….5

Рисунок 1.2 – Схема с шунтирующим сопротивлением ….………….7

Рисунок 1.3 – Схема с добавочным сопротивлением ………………..9

Рисунок 1.4 – Объединенная схема прибора для измерения тока и напряжения ……………………………………………………..………….…..10

Рисунок 1.5 – Схема измерения коэффициента мощности ( )

нагрузки …………………………………………………....…………..……...12

Рисунок 1.6 – Векторная диаграмма ……………….…………...………..12

Рисунок 2.1 – Схемы амплитудных детекторов с открытым (а) и

закрытым (б) входами ……………………….……….……………….…….18

Рисунок 2.2 – Схемы преобразователей средневыпрямленных

значений…..………………………….…………….………….….………..….20

Рисунок 2.3 – Схемы одинарного(а) и двойного(б)

Т-образного (шестиплечего)моста...………………….……...….……….22

Список использованной литературы……..….…………………………….24

 

 

Задание к расчетно-графическую работе

1. Задачи:

Задача № 1. Вольтметром измерено напряжение на сопротивлении , результат измерения . Сопротивление источника – .

Технические характеристики вольтметра:

· Класс точности ;

· Внутреннее сопротивление ;

· Предел измерения .

Составить схему измерения.

Вывести выражение и определить относительную погрешность взаимодействия.

Определить исправленный результат измерения.

Определить стандартную неопределенность результата.

 

Задача № 13. Шкала миллиамперметра магнитоэлектрической системы с сопротивлением разбита на 150 дел, постоянная прибора , класс точности прибора 0,5.

Определить:

· сопротивление шунта миллиамперметра, если этим при­бором необходимо измерить максимальный ток ;

· значение добавочного сопротивления, если необходимо измерять максимальное напряжение .

Установить погрешность изготовления шунта и добавочного сопротивления с учетом класса точности прибора.

 

Нарисуйте объединенную схему прибора для измерения тока и напряжения.

 

Задача № 28. Для измерения коэффициента мощности ( ) нагрузки применен метод трех вольтметров. При измерении используется мера сопротивления класса 0,1. Частота генератора питания равна .

Показания приборов:

· Вольтметр , измеряющий напряжение генератора, показывает ;

· Вольтметр , включенный параллельно нагрузке, показывает ;

· Вольтметр , включенный параллельно мере сопротивления, показывает .

Технические характеристики вольтметров:

· Пределы измерения ;

· Классы точности 0.4/0.05.

Задание.

· Составить схему измерения;

· Составить векторную диаграмму;

· Определить значение коэффициента мощности;

 

2. Теоретические вопросы:

50. Меры емкости.

54. Преобразователи средневыпрямленных, среднеквадратических и амплитудных значений.

70. Мосты для измерения частоты.

Раздел № 1

Решение задач

Задача № 1

 

Условие задачи

Вольтметром измерено напряжение на сопротивлении , результат измерения . Сопротивление источника – .

Технические характеристики вольтметра:

· Класс точности ;

· Внутреннее сопротивление ;

· Предел измерения .

Составить схему измерения.

Вывести выражение и определить относительную погрешность взаимодействия.

Определить исправленный результат измерения.

Определить стандартную неопределенность результата.

 

Решение задачи

Схема измерения изображена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 – Схема измерения напряжения

Запишем выражение для определения напряжения на резисторе с учетом внутреннего сопротивления вольтметра:

Запишем выражение для определения напряжения на резисторе без подключения вольтметра:

Погрешность взаимодействия будет равна:

Абсолютная погрешность вольтметра:

.

Абсолютная погрешность взаимодействия вольтметра:

.

Запишем результат с учетом поправки a, где :

 

Стандартная неопределенность результата равна:

.

Ответ:

 

Задача №13

 

Условие задачи

Шкала миллиамперметра магнитоэлектрической системы с сопротивлением разбита на 150 дел, постоянная прибора , класс точности прибора 0,5.

Определить:

· сопротивление шунта миллиамперметра, если этим при­бором необходимо измерить максимальный ток ;

· значение добавочного сопротивления, если необходимо измерять максимальное напряжение .

Установить погрешность изготовления шунта и добавочного сопротивления с учетом класса точности прибора.

Нарисуйте объединенную схему прибора для измерения тока и напряжения.

 

Решение задачи

Сначала рассмотрим схему с шунтирующим сопротивлением :

Схема с шунтирующим сопротивлением изображена

на рисунке 1.2.:

 

Рисунок 1.2 – Схема с шунтирующим сопротивлением

 

Если необходимо измерить ток в измерительном механизме меньше в раз измеряемого тока , сопротивление шунта

 

где сопротивление измерительного механизма. Поскольку измерительным механизмом в данном случае является амперметр, то ;

коэффициент шунтирования.

Тогда рассчитаем :

где цена деления шкалы амперметра;

количество делений, на которые разбита шкала.

Рассчитаем погрешность изготовления шунтирующего сопротивления:

Погрешность изготовления добавочного сопротивления выберем меньше класса точности в 5 раз, чтобы ею можно было пренебречь. Поэтому

;

=0.012 ·1·10^-3 = 0.012 ·10^-3 Ом,

где - погрешность изготовления добавочного сопротивления.

 

 

Схема с добавочным сопротивлением изображена

на рисунке 1.3.:

Рисунок 1.3 – Схема с добавочным сопротивлением

Если напряжение постоянного тока, необходимое для полного отклонения подвижной части измерительного механизма равно , а измерительный механизм должен быть включен на напряжение , то величина добавочного сопротивления

где сопротивление измерительного механизма. Поскольку измерительным механизмом в данном случае является вольтметр, то ;

Но нам не задано и :

Принимаем равным .

Запишем соотношение, из которого мы найдем коэффициент :

,

где сопротивление амперметра для случая с шунтом;

максимальный ток, который может измерять амперметр без шунта.

Тогда

Погрешность изготовления добавочного сопротивления

Погрешность изготовления добавочного сопротивления выберем меньше класса точности в 5 раз, чтобы ею можно было пренебречь.

 

Поэтому ;

=4998 ·1·10^-3 = 5 Ом,

где - погрешность изготовления добавочного сопротивления.

 

Объединенная схема прибора для измерения тока и напряжения изображена на рисунке 1.4.:

Рисунок 1.4 – Объединенная схема прибора для измерения тока и напряжения

Ответ:

 

 

Задача №28

 

Условие задачи

Для измерения коэффициента мощности ( ) нагрузки применен метод трех вольтметров. При измерении используется мера сопротивления класса 0,1. Частота генератора питания равна .

Показания приборов:

· Вольтметр , измеряющий напряжение генератора, показывает ;

· Вольтметр , включенный параллельно нагрузке, показывает ;

· Вольтметр , включенный параллельно мере сопротивления, показывает .

Технические характеристики вольтметров:

· Пределы измерения ;

· Классы точности 0.4/0.05.

Задание.

· Составить схему измерения;

· Составить векторную диаграмму;

· Определить значение коэффициента мощности;

Рассчитать стандартную неопределенность результата измерения.

 

 

Решение задачи

Схема измерения представлена на рисунке 1.5.

 

Рисунок 1.5 – Схема измерения коэффициента мощности ( ) нагрузки

 

Векторная диаграмма представлена на рисунке 1.6.

Рисунок 1.6 – Векторная диаграмма

 

На рисунке 3.1 обозначено:

─ сопротивление нагрузки;

─ измерительная катушка, безреактивная мера электрического сопротивления;

─ сила тока;

─ показания вольтметров.

Направления вектора падения напряжения на сопротивлении и вектора тока совпадают. Для треугольника напряжений применим теорему косинусов

.

 

Учитывая, что

Коэффициент мощности можно определить по формуле

.

Вычисляем коэффициент мощности:

Стандартная неопределенность вычисляется по формуле:

где

а абсолютные погрешности

 

 

Стандартная неопределенность равна:

Ответ:

 

 

Раздел № 2

Теоретические вопросы

Вопрос №50. Меры емкости

Мерами называют средства измерений, предназначенные для воспроизведения физической величины заданного размера. Различают однозначные меры, многозначные меры и наборы мер.

Образцовыми мерами являются меры, служащие для поверки по ним других средств измерений и утвержденные в качестве образцовых.

Образцовые меры емкостей должны обладать постоянством ем­кости и малым температурным коэффициентом, весьма малыми потерями энергии в диэлектрике, независимостью емкости от ча­стоты и формы кривой тока и высокими сопротивлением и прочностью изоляции. Этим требованиям в наибольшей мере отвечают конден­саторы, у которых диэлектриком служит воздух или какой-либо газ. Однако воздушные конденсаторы имеют большие размеры и практически применяются лишь в тех случаях, когда требуется значение емкости не более 11 000 пФ. Конденсаторы с воздушным Диэлектриком выпускаются на различные номиналы в пределах от 50 до 4000 пФ.

В конденсаторах переменной емкости имеется система обкладок в виде ряда неподвижных, закрепленных плоских металлических полупроводников, в промежутках между которыми можно поворачивать вторую систему полупроводников, укрепленных на общей оси, снабженной рукояткой. Емкость такого конденсатора изменяется в зависимости от того, насколько подвижные диски выдвинуты в промежутки между неподвижными. Максимальная емкость таких конденсаторов обычно не превышает 1100 пФ. Точность их подгонки колеблется от 0,01 до 0,1%. Тангенс угла потерь не превышает 10^-4, температурный коэффициент порядка 10^-2 град^-1. Образцовые воздушные конденсаторы, предназначенные в основном для градуировки и поверки рабочих конденсаторов и измерительных приборов, выпускаются на различные номинальные значения емкости и могут соединяться параллельно. Для параллельного соединения конденсаторов их располагают один над другим. При этом штепселя сверху находящегося конденсатора входят в гнезда конденсатора, расположенного под ним.

Одиночные конденсаторы с газовым диэлектриком применяют для измере­ний в цепях высокого напряжения. В качестве заполняющего газа обычно при­меняют углекислый газ или азот (иногда применяют фреон и элегаз, отличающиеся повышенной пробивной прочностью) под давлением примерно 10⁶ Па. При таких Давлениях пробивная прочность газа велика. Это позволяет создавать конден­саторы малых размеров для работы при высоких напряжениях (десятки и сотни киловольт).

Кроме воздушных конденсаторов, применяемых как меры малых значений емкости, в качестве образцовых и рабочих мер емкости больших значений часто применяются слюдяные конденсаторы. Тангенс угла потерь слюдяных конденсаторов примерно 10^-4 , температурный коэффициент емкости примерно 5·10^-5 К^-1 . Слюдя­ные конденсаторы выпускаются в виде отдельных мер с постоян­ным значением емкости или в виде магазинов емкостей. Магазины емкостей применяются двух типов: штепсельные и рычажные. Штепсельные магазины делаются для ступенчатого изменения больших емкостей - от одной до сотен микрофарад. Рычажные магазины чаще всего дела­ются четырехдекадными с суммарной емкостью дo 1,11 мкФ; три декады емкости - со ступенчатым включением, функцию четвертой декады выполняет воздушный конденсатор переменной емкости. Для комплектования декад применяют разномерные по значению емкости конденсаторы числом 4 с кратностями емкости 1, 2, 3, 4 или 1,2; 2,5 или 1, 2, 3, 6, а также конденсаторы равной емкости. Преимущество декад с конденсаторами одинаковой емкости заключается в меньших скачках значений емкости при коммутации, однако стоимость таких декад больше, чем декад с разномерными конденсаторами.

 

 

Вопрос №54. Преобразователи средневыпрямленных, среднеквадратических и амплитудных значений

Переменные во времени электрические сигналы характеризуются средним, средневыпрямленным, среднеквадратическим и пиковым значениями. В соответствии с этим и различают измерительные преобразователи.

 

---

12
Далее ⇒