ИЭВ.001 РБЭ (968.1)

Инженерно-производственный центр «Учебная техника»

ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

Руководство по выполнению базовых экспериментов

ИЭВ.001 РБЭ (968.1)

Красногорцев И.Л. Измерение электрических величин. Руководство по выполнению базовых экспериментов. ИЭВ.001 РБЭ (968.1) / под ред. П.Н. Сенигова. - Челябинск: ИПЦ «Учебная техника», 2009. - 138 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 ООО «Учебная техника», 2009

Содержание

Содержание.. 3

Введение.. 4

Перечень аппаратуры, используемой в экспериментах.. 5

1. Описание комплекта типового лабораторного оборудования «Основы метрологии и электрические измерения». 7

1.1. Схема электропитания лабораторного оборудования. 8

1.2. Блок генераторов напряжений.. 9

1.3. Блок мультиметров. 11

2. Измерения в цепях постоянного тока.. 16

2.1. Прямые измерения напряжения и тока аналоговыми и цифровыми приборами.. 17

2.2. Определение полярности напряжения и направления тока по показаниям приборов. 27

2.3. Косвенные измерения напряжения и тока. 34

2.4. Расширение пределов измерения амперметров и вольтметров с помощью шунтов и
добавочных сопротивлений.. 43

2.5. Калибровка аналоговых амперметра и вольтметра. 52

2.6. Определение методической погрешности измерений, обусловленной влиянием приборов. 58

2.7. Оценка величины сопротивления аналоговых и цифровых приборов. 66

2.8. Измерение э.д.с. источника с высоким внутренним сопротивлением
компенсационным методом.. 72

3. Измерения в цепях переменного тока.. 77

3.1. Прямые измерения синусоидального напряжения и тока. 78

3.2. Оценка верхней границы частотного диапазона измерительных приборов. 87

4. Измерение мощности в цепях постоянного тока.. 93

4.1. Косвенное измерение мощности методом амперметра и вольтметра. 94

5. Измерение электрического сопротивления в цепях постоянного тока.. 100

5.1. Прямое измерение электрического сопротивления аналоговым и
цифровым мультиметрами.. 101

5.2. Косвенное измерение электрического сопротивления методом амперметра и вольтметра. 106

5.3. Определение методической погрешности измерения электрического сопротивления,
обусловленной влиянием приборов. 112

5.4. Сборка, испытание и калибровка аналогового омметра. 119

5.5. Сборка и испытание мостовой схемы измерения электрического сопротивления. 126

5.6. Измерение электрического сопротивления методом замещения. 133

Введение

В настоящем руководстве описаны базовые эксперименты, выполняемые с использованием комплекта типового лабораторного оборудования «Измерение электрических величин».

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);

- аналоговые и цифровые приборы для измерения параметров элементов электрических цепей при постоянном напряжении.

- регулируемые источники питания постоянного напряжения и однофазного переменного напряжения с переменной частотой и формой сигнала;

- магазин сопротивлений, набор постоянных и переменных резисторов для сборки измерительных цепей;

- настольную раму для установки необходимых в экспериментах функциональных блоков с 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´480

Масса, кг, не более……………………………………………….. 20

Методическая часть комплекта включает настоящее руководство как материалы для подготовки к проведению лабораторных работ.

Комплекту типового лабораторного оборудования «Измерение электрических величин» 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…4.

Измерения в цепях постоянного тока (глава 2)

Таблица 1

Измерения в цепях переменного тока (глава 3)

Таблица 2

Измерение мощности в цепях постоянного и переменного тока (глава 4)

Таблица 3

Измерение электрического сопротивления в цепях постоянного тока (глава 5)

Таблица 4

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.

В комплект включены универсальные блоки, необходимые для выполнения всех экспериментов, и специализированные блоки и измерительные приборы.

Универсальные блоки комплекта:

1. Однофазный источник питания (218.1);

2. Блок генераторов напряжения (212.2);

3. Блок мультиметров (510.1);

4. Магазин сопротивлений ITC-8 (1407).

5. Блок резисторов (2330);

В данном разделе приведены описания универсальных блоков комплекта.

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 (218.1), включающий устройство защитного отключения, в соответствии со схемой, приведенной на рис. 1.1.1.

Рис. 1.1.1. Схема электропитания блоков комплекта.

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 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 выключатели «СЕТЬ» блоков, измените схему, включите выключатели «СЕТЬ».

· По завершении работы отключите выключатели «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.

Рис. 1.2.1. Лицевая панель блока генераторов напряжения.

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. Блок мультиметров

В блок мультиметров 510.1 включены два мультиметра: цифровой MY60 и аналоговый 7050 (возможна замена на аналогичные приборы). В блоке установлены источники питания мультиметров от сети 220 В. Напряжение на источники питания подается через выключатель «СЕТЬ» и предохранитель «1 А», расположенные на лицевой панели блока. Для включения мультиметра MY60 кроме выключателя «СЕТЬ» необходимо нажать кнопку «ON/OFF», расположенную слева под индикатором. Для аналогового мультиметра 7050 напряжение питания требуется только на пределах измерения сопротивления. Измерение напряжения и тока аналоговым мультиметром можно выполнять и при отключенном питании блока. В верхней части лицевой панели блока расположены предохранители, защищающие мультиметры на пределах измерения тока.

В верхней части каждого из мультиметров расположено отсчетное устройство: цифровой индикатор (у MY60) или аналоговая шкала (у 7050). Ниже расположен механический переключатель режимов работы и пределов измерения приборов. Под переключателем размещены гнезда подключения проводников:

- гнездо «СОМ» - общее гнездо подключения прибора при любых измерениях. При измерении постоянного напряжения или тока гнездо соответствует «-» (минусу) прибора. При измерении сопротивления на гнездо «СОМ» подается «-» (минус) от внутреннего источника в мультиметре MY60, и «+» (плюс) – в мультиметре 7050. Полярность внутренних источников необходимо учитывать, например, при проверке диодов;

- гнездо «VΩ»MY60, или «VΩmA» 7050. Используется для подключения к прибору второго проводника на пределах измерения напряжения и сопротивления (для MY60) и, дополнительно, токов уровня миллиампер для 7050. При измерении постоянных напряжений и токов это гнездо соответствует «+» прибора. При измерении сопротивления это гнездо «+» внутреннего источника в MY60, и «-» - в 7050.

- гнездо «А» мультиметра MY60 предназначено для подключения цепи измерения тока на всех пределах измерения тока, кроме 10 А. Гнездо соответствует «+» прибора.

- гнездо «10 А» (на обеих приборах) предназначено для подключения цепи измерения тока на пределе 10 А. Гнездо соответствует «+» прибора.

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», «А» или «10А») к гнезду «-» («СОМ»).

Последовательность работы с мультиметром:

1. В исходном состоянии прибор отключен от измеряемой цепи.

2. Установить переключателем требуемый предел измерения. Если величина измеряемого напряжения или тока не известна заранее, необходимо установить наибольший предел измерения соответствующей величины, исключающий выход прибора из строя при подаче питания на испытываемую цепь. Подавать напряжение (ток) на входы мультиметров, можно, только если их переключатели установлены в положения измерения напряжения, тока или частоты.

3. Подключить прибор к обесточенной испытываемой цепи. Включить источники питания мультиметра и испытываемой цепи и выполнить измерения.

Допускается переход на меньший предел измерения измеряемой величины: переключатель пределов переводиться в соседнее с исходным положение.

Поиск по сайту: