Измерение синусоидального напряжения

· Установить произвольное напряжение на выходе генератора напряжений: ручку регулировки амплитуды выходного напряжения повернуть по часовой стрелке.

· Подключить мультиметр 7050 блока А2 (рис. 3.1.4) к цепи рис. 3.1.2. Провод от гнезда «COM» мультиметра – к гнезду «0 В» генератора напряжения специальной формы блока А1. Провод от гнезда «VΩmA» мультиметра – к движку переменного резистора 330 Ом блока А3.

· Если отклонение стрелки прибора невелико, последовательно переключайте прибор на меньшие пределы измерения до получения максимального отклонения стрелки в пределах шкалы прибора. При отклонении стрелки за пределы шкалы («зашкаливании») вернитесь на больший предел измерения.

· Произвести отсчет по шкале мультиметра «АCV». Разделив величину установленного предела измерения в вольтах на значение в конце выбранной шкалы, получим множитель, для определения напряжения: умножение величины отсчета по шкале прибора на найденный множитель дает значение измеренного напряжения в вольтах.
Например, установлен предел измерения 50 В, а отклонение стрелки по шкале 0…10 составило 6,0 единиц. Множитель для выбранной шкалы равен . Измеренное значение напряжения 5*6,0 = 30 В.

· Установите несколько различных значений выходного напряжения источника и повторите измерения напряжения.

Внимание! Если на вход мультиметра подано измеряемое напряжение запрещается устанавливать переключатель пределов в положения за пределами сектора измеряемой величины («V~»). Вращение переключателя через сектора пределов измерения других величин в этом случае может привести к выходу прибора из строя.

3.2. Оценка верхней границы частотного диапазона
измерительных приборов

- Цель работы

- Лабораторная установка и схема электрическая соединений

- Перечень аппаратуры

- Указания по проведению эксперимента

.

Цель работы

Оценить верхнюю границу частотного диапазона цифрового мультиметра при измерении синусоидального напряжения.

Лабораторная установка и электрическая схема соединений

Любые приборы, измеряющие синусоидальное напряжение, имеют ограниченный диапазон частот, в котором погрешность измерения не превышает заданных значений. Полное исследование частотных характеристик прибора предполагает определение зависимости погрешности от частоты для всех пределов измерения переменного напряжения и тока и при нескольких значениях измеряемой величины для каждого из пределов. В данной работе задача ограничена определением зависимости от частоты относительной погрешности измерения мультиметра MY60 на пределе измерения переменного напряжения 20 В. Показания испытываемого прибора на повышенных частотах сравниваются с показаниями этого же мультиметра на частотах менее 400 Гц (верхняя граница частотно диапазона мультиметра по паспортным данным). Применение данного метода оценки границы частотного диапазона основано на высокой стабильности выходного напряжения генератора (блок 212.2) при изменении частоты.

Принципиальная электрическая схема экспериментов по определению верхней граничной частоты рабочего диапазона мультиметра MY60 приведена на рис. 3.4.1.

Рис. 3.4.1. Принципиальная электрическая схема определения верхней граничной частоты при измерении синусоидального напряжения.

В цепи (рис. 3.4.1) синусоидальное напряжение генератора G измеряется испытываемым прибором PV1 (мультиметр MY60, блок 510.1). С увеличением частоты действующее значение напряжения на выходе генератора G остается практически постоянным, в то время как показания мультиметра PV1 изменяются.

Лабораторная установка для измерения частотной характеристики состоит (рис. 3.4.2) из однофазного источника питания G1 (218.1), блока генераторов A1 (212.2) с выходом регулируемого по частоте и амплитуде синусоидального напряжения и испытываемого мультиметра MY60 (блок А2, 510.1). При измерении напряжения мультиметр подключается к источнику гнездами «V» и «COM» и измеряет синусоидальное напряжение на выходе «Генератора напряжений специальной формы» блока А1 (гнезда «ВЫХОД» и «0 В»).

Однофазный источник питания G1 предназначен для безопасного питания блоков А1 (212.2) и мультиметра А2 (510.1).

Рис. 3.4.2. Схема электрическая соединений для определения
зависимости относительной погрешности прибора от частоты.

Перечень аппаратуры

Указания по проведению эксперимента

· Определение погрешности средства измерения должны выполняться при нормальных условиях:
- температура окружающей среды 23±5°С;
- атмосферное давление 100±4 кПа;
- относительной влажности воздуха не более 75%.

· Убедитесь, что переключатели «Сеть» блоков, используемых в эксперименте, выключены.

· Соедините аппаратуру в соответствии со схемой электрической соединений рис. 3.4.2.

· Установите параметры «Генератора напряжений специальной формы» блока генераторов А1 (212.2):
- переключатель «Форма» в положение синусоидального напряжения;
- минимальное выходное напряжение: ручка регулирования выходного напряжения «Амплитуда» повернута против часовой стрелки до упора;
- ручка регулирования «Частота» повернута против часовой стрелки до упора. (установлена минимальная частота – примерно 150…250 Гц).

· Переключатели пределов измерения мультиметра MY60 блока А2 установите на предел измерения переменного напряжения «20 В». Установка пределов измерения мультиметров подробно описана в работе 3.1.

· Включите устройство защитного отключения и автоматический выключатель в однофазном источнике питания G1.

· Включите выключатель «СЕТЬ» блока генераторов напряжения А1, блока
мультиметров А2 и выключатели питания мультиметра MY60.

· Ручкой «ЧАСТОТА» установить частоту генератора А1 в диапазоне 200…250 Гц.

· По показаниям мультиметра MY60 (А2) установить на выходе генератора А1 напряжение =5±0,1 В. Для задания напряжения ручку регулировки «Амплитуда» повернуть по часовой стрелке. Значение напряжения занести в табл. 3.4.1.

· Не изменяя положение ручки «Амплитуда» генератора А1 произвести измерения напряжения для нескольких значений частоты в соответствии с табл. 3.4.1 («Установленная частота» - близкая к рекомендуемому значению).

· Вычислить относительную погрешность измерения напряжения мультиметром MY60 для каждого значения частоты. Построить график зависимости относительной погрешности измерения напряжения от частоты.

· По графику оценить верхнюю границу частотного диапазона при максимальной относительной погрешности в 1% и 5 %.

Зависимость относительной погрешности измерения
синусоидального напряжения от частоты

Таблица 3.4.1.

Рекомендуемая частота, Гц
Установленная частота, Гц
Показания мультиметра, В (MY60)	()
Абсолютная погрешность , В
Относительная погрешность , %

4. Измерение мощности в цепях постоянного тока

В данном разделе рассматривается метод косвенного измерения мощности в электрических цепях.

4.1. Косвенное измерение мощности методом амперметра и вольтметра

- Цель работы

- Лабораторная установка и схема электрическая соединений

- Перечень аппаратуры

- Указания по проведению эксперимента

Цель работы

Ознакомление с методом косвенного измерения мощности в электрической
цепи – методом амперметра и вольтметра.

Лабораторная установка и электрическая схема соединений

Из теории электрических цепей известно, что мощность в ветви электрической цепи определяется произведением тока, протекающего по ветви, на напряжение на этой ветви (рис. 4.1.1).

а)

б)

Рис. 4.1.1. Мощность ветви электрической цепи.

а) мощность, потребляемая в ветви постоянного тока;

б) полная мощность ветви синусоидального тока.
U, I – действующие значения напряжения и тока ветви.

Данное определение используется для косвенного измерения мощности методом амперметра и вольтметра, измеряющих ток и напряжение на участке цепи. По показаниям этих приборов вычисляется мощность участка электрической цепи .

В цепи постоянного тока полярность включения приборов позволяет определить направление передачи энергии. На рис. 4.1.1а напряжение и ток направлены одинаково относительно зажимов «+» вольтметра и амперметра. В этом случае положительные показания приборов (, ) дают положительное значение мощности . Это соответствует мощности, отдаваемой источником и потребляемой нагрузкой . Если вместо нагрузки включить цепь, содержащую источники энергии, то, например, смена знака тока () будет соответствовать , т. е. передаче мощности из цепи, замещающей , к источнику

Для цепи переменного тока, в общем случае, методом амперметра и вольтметра определяется полная мощность участка электрической цепи , где и - действующие значения напряжения и тока рассматриваемого участка цепи. Полная мощность совпадает с активной мощностью для цепи, содержащей только активные сопротивления .

Электрические схемы соединений лабораторных установок для измерения мощности методом амперметра и вольтметра приведены на рис. 4.1.2 для постоянного тока, и на рис. 4.1.3 – для переменного тока. Установки (рис. 4.1.2 и 4.1.3) состоят из однофазного источника питания G1 (218.1), блока генераторов A1 (212.2) с выходами регулируемых постоянного и переменного напряжений, мультиметров MY60, 7050 (блок А2, 510.1), блока резисторов А3 (2330).

В схемах рис. 4.1.2 и 4.1.3 измеряется мощность переменного резистора 330 Ом блока А3 (2330). Напряжение на резисторе устанавливается регулируемым источником постоянного или переменного напряжения (блок А1). Дополнительная регулировка тока в цепи осуществляется изменением сопротивления этого резистора. Задав напряжение и ток испытываемого элемента измеряют их величину амперметром и вольтметром (мультиметры блоков А2 и А3), и по результатам измерения и вычисляют мощность .

Однофазный источник питания G1 предназначен для безопасного питания блоков А1 (212.2) и А2 (510.1).

Рис. 4.1.2. Схема электрическая соединений для измерения мощности методом амперметра и вольтметра в цепи постоянного тока.

Рис. 4.1.3. Схема электрическая соединений для измерения мощности методом амперметра и вольтметра в цепи переменного тока.

Перечень аппаратуры

Указания по проведению эксперимента

· Убедитесь, что переключатели «Сеть» блоков, используемых в эксперименте, выключены.

· Соедините аппаратуру в соответствии со схемой электрической соединений выполняемого эксперимента рис. 4.1.2 или рис. 4.1.3.

· Установите параметры «Генератора напряжений специальной формы» блока генераторов А1 (212.2):
Для испытания цепи постоянного тока (рис. 4.1.2)
- ручка регулятора постоянного напряжения генератора «0…15 В» повернута против часовой стрелки до упора (минимальное выходное напряжение источника);
- тумблер переключателя выхода генератора в верхнем положении – выход подключен к гнезду «+».
Для испытания цепи переменного тока (рис. 4.1.3)
- переключатель «Форма» в положение синусоидального напряжения;
- минимальное выходное напряжение: ручка регулирования выходного напряжения «Амплитуда» повернута против часовой стрелки до упора;
- ручка регулирования «Частота» повернута против часовой стрелки до упора. (установлена минимальная частота – примерно 150…250 Гц).

· Переключатели пределов измерения мультиметров блока А2 установите на предел измерения постоянного (схема рис. 4.1.2) или переменного (схема рис. 4.1.3) напряжения (7050, блок А2) и тока (MY60, блок А2). Установка пределов измерения мультиметров подробно описана в работах 2.1 и 3.1. Для мультиметра MY60 (блок А3) рекомендуется установить предел «200 мА» постоянного или переменного тока. Для мультиметра 7050 рекомендуется установить предел измерения постоянного напряжения «25 В», переменного напряжения – «10 В».

· Поверните ручку переменного резистора 330 Ом по часовой стрелке до упора, т. е. установите максимальное сопротивление.

· Включите устройство защитного отключения и автоматический выключатель в однофазном источнике питания G1.

· Включите выключатель «СЕТЬ» блока генераторов напряжения А1, блока
мультиметров А2 и выключатель питания мультиметра MY60.

· Ручкой регулировки выходного напряжения используемого генератора («0…15 В» - для генератора постоянного напряжения или «Амплитуда» - для генератора напряжений специальной формы) задайте несколько значений выходного напряжения источника.

· Для каждого установленного значения напряжения ручкой регулировки сопротивления резистора 330 Ом установите ток в цепи.

· Запишите значения напряжения и тока через резистор в табл. 4.1.1. Вычислите мощность, поглощаемую резистором из электрической цепи .

· Выполните 3…4 измерения мощности на постоянном токе, и столько же на синусоидальном.

Результаты измерения мощности методом амперметра и вольтметра

Таблица 4.1.1.

Род тока	постоянный	синусоидальный
Напряжение , В
Ток , А
Мощность , Вт

· По окончании эксперимента отключите питание всех блоков.

5. Измерение электрического сопротивления в цепях постоянного тока

В данном разделе рассматриваются методы прямого и косвенного измерения электрического сопротивления в цепи постоянного тока.

5.1. Прямое измерение электрического сопротивления аналоговым и цифровым мультиметрами

- Цель работы

- Лабораторная установка и схема электрическая соединений

- Перечень аппаратуры

- Указания по проведению эксперимента

Цель работы

Ознакомление с методами прямого измерения электрического сопротивления с помощью аналоговых и цифровых мультиметров. Измерение тока, создаваемого омметром, в измеряемом сопротивлении.

Лабораторная установка и схема электрическая соединений

Для измерения электрического сопротивления постоянному току используются аналоговые и цифровые мультиметры с пределами измерения сопротивления или специализированные приборы – омметры. Встроенный в прибор источник питания создает ток в измеряемом сопротивлении. По величине этого тока или по напряжению на измеряемом сопротивлении определяют величину сопротивления.

Электрические схемы соединений лабораторных установок для измерения сопротивления приведены на рис. 5.1.1 а, б. Установки (рис. 5.1.1) состоят из однофазного источника питания G1 (218.1) и одного из мультиметров MY60 или 7050 (блок А2, 510.1) и блока резисторов А3 (2330).

На рис. 5.1.2 приведена схема измерения тока, протекающего через резистор блока А3, при измерении его сопротивления аналоговым мультиметром 7050 (блок А2, 510.1). Для измерения тока используется мультиметр MY60 (блок А2). Питание блоков мультиметров осуществляется от однофазного источника питания G1 (218.1).

Однофазный источник питания G1 предназначен для безопасного питания блока мультиметров А2 (510.1).

а)	б)

Рис. 5.1.1. Схема электрическая соединений для измерения электрического сопротивления с помощью мультиметров 7050 (а), MY60 (б).

Рис. 5.1.2. Схема электрическая соединений для определения тока, создаваемого мультиметром 7050 в измеряемом сопротивлении.

Перечень аппаратуры

Указания по проведению эксперимента

· Убедитесь, что переключатели «Сеть» блоков, используемых в эксперименте, выключены.

· Соедините аппаратуру в соответствии со схемой электрической соединений выполняемого эксперимента рис. 5.1.1 или рис. 5.1.2. Мультиметры могут быть подключены к любому резистору блока А3.

· Переключатели пределов измерения мультиметров блока А2 установите на предел измерения сопротивления. Для приборов с несколькими пределами измерения сопротивления установите предел, соответствующий величине измеряемого сопротивления.
Запрещается подавать напряжение от внешнего источника на вход мультиметра, включенного на пределы измерения сопротивления.

· Установите ручку переменного резистора в произвольное положение.

· Включите устройство защитного отключения и автоматический выключатель в однофазном источнике питания G1.

· Включите выключатель «СЕТЬ» блока мультиметров А2 и выключатель питания мультиметра MY60.

· Выполните измерение одного и того же сопротивления резистора каждым из мультиметров. Результаты измерения внесите в табл. 5.1.1.

· Измените сопротивление резистора (поверните рукоятку резистора), и измерьте величину сопротивления каждым из мультиметров. Повторите измерения для нескольких значений сопротивления различных резисторов блока А3.

Результаты измерения сопротивления

Таблица 5.1.1.

· По окончании эксперимента отключите питание всех блоков.

5.2. Косвенное измерение электрического сопротивления методом амперметра и вольтметра

- Цель работы

- Лабораторная установка и схема электрическая соединений

- Перечень аппаратуры

- Указания по проведению эксперимента

.

Цель работы

Ознакомление с методом косвенного измерения сопротивления в электрической цепи – методом амперметра и вольтметра.

Лабораторная установка и электрическая схема соединений

Из теории электрических цепей известно, что сопротивление ветви электрической цепи определяется законом Ома: отношением напряжение на этой ветви к току, протекающему по ветви .

Рис. 5.2.1. Электрическая принципиальная схема измерения сопротивления
ветви цепи косвенным методом.

Данное определение используется для косвенного измерения сопротивления методом амперметра и вольтметра, измеряющих ток и напряжение на участке цепи
(рис. 5.2.1). По показаниям этих приборов вычисляется сопротивление участка электрической цепи

.

Электрические схемы соединений лабораторных установок для измерения сопротивления методом амперметра и вольтметра приведены на рис. 5.2.2 для цепи постоянного тока. Установка (рис. 5.2.2) состоит из однофазного источника питания G1 (218.1), блока генераторов A1 (212.2) с выходом регулируемого постоянного напряжения, мультиметров 7050 и MY60 (блок А2, 510.1), блока резисторов А3 (2330).

В схеме рис. 5.2.2 измеряется сопротивление одного из переменных резисторов (на рисунке – «330 Ом») блока А3 (2330). Напряжение на резисторе устанавливается регулируемым источником постоянного напряжения (блок А1). Задав напряжение и ток испытываемого элемента измеряют их величину амперметром и вольтметром (мультиметры блока А2). По результатам измерения и вычисляют
сопротивление .

Однофазный источник питания G1 предназначен для безопасного питания блоков А1 (212.2) и А2 (510.1).

Рис. 5.2.2. Схема электрическая соединений для измерения сопротивления методом амперметра и вольтметра в цепи постоянного тока.

Перечень аппаратуры

Указания по проведению эксперимента

· Убедитесь, что переключатели «Сеть» блоков, используемых в эксперименте, выключены.

· Соедините аппаратуру в соответствии со схемой электрической соединений выполняемого эксперимента рис. 5.2.2.

· Установите параметры «Генератора напряжений специальной формы» блока генераторов А1 (212.2):
- ручка регулятора постоянного напряжения генератора «0…15 В» повернута против часовой стрелки до упора (минимальное выходное напряжение источника);
- тумблер переключателя выхода генератора в верхнем положении – выход подключен к гнезду «+».

· Переключатели пределов измерения мультиметров блоков А2 установите на предел измерения постоянного напряжения (7050, блок А2) и тока (MY60, блок А2). Установка пределов измерения мультиметров подробно описана в работах 2.1 и 3.1. Для мультиметра MY60 (блок А2) рекомендуется установить предел «200 мА» постоянного тока. Для мультиметра 7050 (блок А2) рекомендуется установить предел «25 В» постоянного тока.

· Поверните ручку переменного резистора 330 Ом по часовой стрелке до упора, т. е. установите максимальное сопротивление.

· Включите устройство защитного отключения и автоматический выключатель в однофазном источнике питания G1.

· Включите выключатель «СЕТЬ» блока генераторов напряжения А1, блока
мультиметров А2 и выключатели питания мультиметра MY60.

· Ручку регулировки сопротивления резистора 330 Ом установите в произвольное положение.

· Ручкой регулировки выходного напряжения генератора постоянного напряжения («0…15 В») задайте несколько значений выходного напряжения источника.

· Запишите значения напряжения и тока через резистор в табл. 5.2.1. Вычислите сопротивление резистора .

· Измените сопротивление резистора или переключитесь на другой резистор блока А3 (2330) и повторите измерения при нескольких значениях напряжения. При необходимости, переключите пределы измерения мультиметров, для получения максимального числа значащих цифр результата.

Результаты измерения сопротивления методом амперметра и вольтметра

Таблица 5.2.1.

Номер эксперимента
Напряжение , В
Ток , А
Сопротивление, Ом

· По окончании эксперимента отключите питание всех блоков.

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

- Цель работы

- Лабораторная установка и схема электрическая соединений

- Перечень аппаратуры

- Указания по проведению эксперимента

.

Цель работы

Выявить методическую погрешность измерения сопротивления, обусловленную собственным сопротивлением измерительных приборов.

Лабораторная установка и электрическая схема соединений

При измерении сопротивления возникает методическая погрешность, обусловленная конечным сопротивлением самих измерительных приборов. Варианты подключения приборов показаны на рис. 5.3.1 а и б.

а)

б)

Рис. 5.3.1. Варианты подключения приборов (а и б), при измерении
сопротивления методом амперметра и вольтметра.

В цепи рис. 5.3.1а измеряемое сопротивление шунтируется сопротивлением вольтметра – измеренное сопротивление оказывается меньше действительного значения. В цепи рис. 5.3.1б амперметр включен последовательно с измеряемым сопротивлением. Результат измерения оказывается выше действительного значения сопротивления.

Соответствующие рис. 5.3.1 а и б электрические схемы соединений при испытании цепи измерения сопротивления на постоянном токе приведены на рис. 5.3.2 и 5.3.3. Установки (рис. 5.3.2 и 5.3.3) состоят из однофазного источника питания G1 (218.1), блока генераторов A1 (212.2) с выходом регулируемого постоянного напряжения, мультиметров 7050 и MY60 (блок А2, 510.1), блока резисторов А3 (2330). На рис. 5.3.2 и 5.3.3 жирной линией выделен проводник, который необходимо переключить для перехода от одной схемы к другой.

При выполнении экспериментов измеряется сопротивление переменного резистора «330 Ом» (блок А3, 2330). Напряжение на резисторе устанавливается регулируемым источником постоянного напряжения (блок А1). Напряжение и ток испытываемого резистора измеряют амперметром и вольтметром и по результатам измерения и вычисляют сопротивление для схем включения приборов рис. 5.3.2 или 5.3.3.

Однофазный источник питания G1 предназначен для безопасного питания блоков А1 (212.2) и А2 (510.1).

Рис. 5.3.2. Схема электрическая соединений для измерения сопротивления методом амперметра и вольтметра в цепи постоянного тока (рис. 5.3.1а).

Рис. 5.3.3. Схема электрическая соединений для измерения сопротивления методом амперметра и вольтметра в цепи постоянного тока (рис. 5.3.1б).

На рисунках жирной линией показан проводник, который необходимо переключить для перехода от схемы рис. 5.3.2 к схеме рис. 5.3.3.

Перечень аппаратуры

Указания по проведению эксперимента

· Ручкой регулировки резистора «330 Ом» установите некоторое сопротивление в диапазоне от 40 до 100%.

· Измерьте установленное сопротивление резистора мультиметром MY-60 (блок А2), как описано в разделе 5.1. Сопротивление необходимо измерять между гнездом подвижного контакта резистора и нижним (на лицевой панели) выводом резистора.

· Результат измерения занесите в заголовок табл. 5.3.1. При сборке и испытании схем рис. 5.3.2 и рис. 5.3.3 положение рукоятки резистора не менять.

· Разберите цепь измерения сопротивления и выключите питание всех блоков.

· Убедитесь, что переключатели «Сеть» блоков, используемых в эксперименте, выключены.

· Соедините аппаратуру в соответствии со схемой электрической соединений выполняемого эксперимента рис. 5.3.2; 5.3.3. На рисунках жирной линией показан проводник, переключение которого преобразует схему рис. 5.3.2 в схему рис. 5.3.3.

· Поверните ручку регулятора постоянного напряжения генератора «0…15 В» против часовой стрелки до упора (минимальное выходное напряжение источника).

· Тумблер переключателя выхода генератора установите в верхнее положении – выход подключен к гнезду «+».

· Переключатели пределов измерения мультиметров блока А2 установите на предел измерения постоянного напряжения (7050) и тока (MY60). Установка пределов измерения мультиметров подробно описана в разделе 2.1. Для мультиметра MY60 (блок А2) рекомендуется установить предел «200 мА» постоянного тока, для мультиметра 7050 (блок А2) - «25 В» постоянного напряжения.

· Включите устройство защитного отключения и автоматический выключатель в однофазном источнике питания G1.

· Включите выключатель «СЕТЬ» блока генераторов напряжения А1, блока
мультиметров А2 и выключатели питания мультиметра MY60.

Поиск по сайту: