|
|||||||
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция |
Основные определения, формулы и соотношения2.1. Измерение сопротивления на постоянном токе с помощью амперметра и вольтметра где r ’x – приближенное значение измеряемого сопротивления; U – показания вольтметра; I – показания амперметра.
Если вольтметр подключен непосредственно к зажимам измеряемого сопротивления (рис. 18а), то где rx - точное значение измеряемого сопротивления; rВ – сопротивление вольтметра; - относительная погрешность измерения ; - абсолютная погрешность измерения . Без большой ошибки в формулах погрешностей можно заменить на . Если же вольтметр подключен к зажимам последовательно соединенных амперметра и измеряемого сопротивления (рис. 18б), то точное значение измеряемого сопротивления равно где rА – сопротивление амперметра. 2. 2. Измерение сопротивления на переменном токе с помощью амперметра, вольтметра и ваттметра (рис. 19) где r - активная составляющая сопротивления; х - реактивная составляющая сопротивления. С помощью амперметра, вольтметра и ваттметра можно измерить отдельно активное и реактивное сопротивления:
где I, U и Р - показания амперметра, вольтметра и ваттметра. Точные значения активной и реактивной составляющих при такой схеме включения будут равны: где rА и хА – суммы активных и реактивных сопротивлений амперметра и последовательной обмотки ваттметра.
2.3. Измерение сопротивления одним прибором, если известно сопротивление прибора. По схеме рис. 20а
где rВ - сопротивление вольтметра; U 1 - показание вольтметра, когда переключатель стоит в положении 1; U 2 - показание вольтметра при установке переключателя в положение 2. По схеме рис. 20б
где rА - сопротивление миллиамперметра или гальванометра; r 0 - известное сопротивление; I 1 - показание прибора при установке переключателя в положение 1; I 2 - то же при установке переключателя в положение 2. 2.4. Измерение сопротивления одинарным мостом постоянного тока (рис. 21) где rx - измеряемое сопротивление; r 2 - плечо сравнения; r 3 - плечо отношения; r 4 - плечо отношения. Очень часто при проектировании моста сопротивлений, для определения напряжения питания и подборе электрического сопротивления указателя необходимо знать сопротивление моста относительно диагонали питания (когда мост находится в равновесии) и сопротивление относительно выходной диагонали, куда включается указатель равновесия (рис.21):
2.5. Для измерения параметров электрических цепей переменного тока используются мосты переменного тока, рис. 22. Условие равновесия моста переменного тока имеет вид
Если представить в показательной форме , где - модуль, а - сдвиг по фазе тока в плече относительно напряжения питания, то получим из условия равновесия Если представить в комплексной форме , получим систему уравнений Если в схему моста включены реактивные элементы без потерь, то для схемы рис. 23а справедливы соотношения
а для схемы рис. 23б Для мостов, в которых измеряются реактивные элементы с потерями, фазовые соотношения не столь просты и очевидны. 2.6. Измерение емкости. Наиболее распространенный способ измерения емкости - это четырехплечий мост для сравнения емкостей известной и неизвестной (рис. 24). В этом случае получаем: где Сх - неизвестная емкость, включенная в одно из плеч моста; С 0 - образцовая емкость; r 0 - образцовое сопротивление; rx - сопротивление, эквивалентное потерям в конденсаторе Сх; r 1 и r 2 - два плеча, содержащие регулируемые активные сопротивления. Тангенс угла потерь испытуемого конденсатора находится из выражения
2.7. Измерение индуктивности методом сравнения неизвестной индуктивности с образцовой (рис. 25). При последовательном включении активного сопротивления r и rx (переключатель в положении 2) получаем следующие выражения для искомых значений Lx и rx: Если сопротивление r включено неправильно, мост уравновесить нельзя. Однако мост для измерения индуктивности по схеме рис. 25 употребляется довольно редко, т.к. образцовая индуктивность в смежном плече с плечом имеет невысокий класс точности. Более точным мост получится в том случае, если в плечо, противоположное плечу включить образцовую емкость. В этом случае схема моста " " имеет вид рис. 26.
При равновесии моста получим Добротность катушки будет равна 2.8. Рассмотренные выше мосты являются уравновешенными. В практике измерений параметров цепей и измерения неэлектрических величин электрическими методами часто используются неуравновешенные мосты, когда измеряемый параметр, включенный в плечо моста, выражается через ток или падение напряжения указателя равновесия. Для схемы моста, изображенной на рис. 21, выражение для тока в указателе равновесия имеет вид где - напряжение питания моста. Обычно неуравновешенные мосты являются либо симметричными, когда значения плеч попарно равны между собой , либо равноплечными, когда значения всех плеч перед измерением равны между собой, т.е. . Если по какой либо причине в одном из плеч моста сопротивление изменилось на величину , то для симметричного моста сопротивления выражение для тока через указатель приобретает вид а для равноплечного моста при условии, что , что обычно на практике выполняется в той или иной степени. В мостах переменного тока, где плечи обозначаются через , обычно в диагональ моста включают электронный вольтметр, у которого входное сопротивление . В этом случае напряжение, которое покажет вольтметр при появлении в одном из плеч приращения будет равно для симметричного моста и для равноплечного моста. Если в таких мостах используются дифференциальные датчики(емкостные, индуктивные, тензодатчики), когда одно из плеч увеличивает свое сопротивление на величину , а другое уменьшает на такую же величину, то величина сигнала ( или ) в диагонали моста увеличивается в два раза. Для мостов, у которых в качестве указателя используется миллиамперметр с относительно малым сопротивлением , получим для симметричного моста с дифференциальным датчиком
и для равноплечного моста. Для мостов, у которых в качестве указателя используется электронный вольтметр с большим сопротивлением , получим для симметричного моста с дифференциальным датчиком и для равноплечного моста. 2.9. Измерение деформаций с помощью дифференциального тензодатчика. Тензодатчики изменяют свое электрическое сопротивление под действием приложенных к нему сил и моментов сил. Тензорезистор, наклеенный на деформируемую деталь, воспринимает силы, вызывающие деформацию детали. Тензорезисторы изготовляются из металлов (например, из константана) или полупроводников. В пределах упругих деформаций для проволочного тензорезистора относительное изменение сопротивления проволоки связано с ее относительным удлинением соотношением где - начальные длина и сопротивление проволоки; - их приращения; - коэффициент тензочувствительности. Если возникает необходимость измерения деформации консольно закрепленной балки, то один тензодатчик наклеивают на балку сверху, а другой снизу. Под действием силы, изгибающей балку, верхняя ее часть растягивается, а нижняя сжимается, причем величины деформации равны по величине, но противоположны по знаку. Можно считать, что тензодатчики, наклеенные таким образом на балку, образуют один дифференциальный датчик. Если эти тензорезисторы (тензодатчики) включить в плечи равноплечного неравновесного моста постоянного тока, то можно получить зависимость показаний миллиамперметра, включенного в измерительную диагональ, от величины изменения сопротивления тензорезисторов и, в конечном счете, от величины деформации, см. п. 2.8. 2.10. Измерение температуры с помощью термометра сопротивлений. В диапазоне температур от 00 до 1800С зависимость сопротивления проводника от температуры описывается приближенной формулой где - температурный коэффициент сопротивления проводника; - сопротивление проводника при температуре ; - сопротивление проводника при 00С. Если такой проводник (например, сопротивление из меди) включить в одно из плеч равноплечного моста, то при изменении сопротивления меди при изменении температуры предварительно уравновешенный мост выйдет из равновесия. В цепи указателя равновесия моста появится ток где . Ток в диагонали моста определит температуру нагрева проводника. В некоторых случаях регулировкой плеча моста добиваются нового равновесия моста, определяют , а затем вычисляют температуру нагрева.
ЗАДАЧИ 89. Вольтметр и амперметр имеют следующие показания и характеристики: вольтметр: U = 200 В; шкала 300 В; класс, точности 1,0; амперметр: I = 12 А; шкала 15 А, класс точности 1,0; сопротивление r = 10 Ом. Определить наибольшую относительную и абсолютную погрешности при измерении неизвестного сопротивления rх методом амперметра и вольтметра, если последовательно с неизвестным сопротивлением включено известное сопротивление, как показано на рис. 27. 90. Для измерения неизвестного сопротивления r х по методу амперметра и вольтметра воспользовались магнитоэлектрическими амперметром и вольтметром. При проведении измерений были выполнены две схемы соединений приборов, изображенных на рис. 28а и 28б. Амперметр при номинальном токе Iн = 10 А имеет падение напряжения D Ua = 75 мВ; вольтметр при номинальном значении напряжения Uн = 150 В имеет ток полного отклонения Iн-в = 8,5 мА. Какова величина погрешностей измерений, выполненных по этим схемам, если амперметры показали практически одну и ту же величину I = 10 А, а вольтметры - одинаковое напряжение U = 80 В?
91. В цепи переменного тока измерены: ток 2 А, напряжение 220 В и мощность 380 Вт. Все изменения произведены приборами класса 0,5. амперметра 2,5 А; вольтметра 300 В. Вычислить полное и активное сопротивления цепи, cosj и погрешность измерения Z. 92. Известно, что вольтметр показал 100 В, амперметр 2,5 А сопротивление вольтметра 10000 Ом, а сопротивление амперметра 1 Ом. Определить сопротивление приемника энергии методом амперметра и вольтметра (рис.28а, б) Оценить, с какой относительной и абсолютной погрешностями будет определено сопротивление rх по этим схемам. 93. Амперметр и вольтметр включены по схеме рис. 28а. Показание вольтметра равно 150 В, амперметра 0,5 А, сопротивление вольтметра 2500 Ом. Определить сопротивление rх, абсолютную и относительную погрешности измерения. 94. Амперметр и вольтметр включены по схеме рис. 28б; вольтметр показал 40 В, амперметр 4 А. Сопротивление амперметра равно 1 Ом. Определить сопротивление rх по показаниям приборов и вычислить относительную и абсолютную погрешности. 95. Для измерения сопротивления rх используется метод амперметра и вольтметра. Приборы включены по схеме рис. 28а. Сопротивление вольтметра равно 2000 Ом, миллиамперметра – 50 Ом. Определить величину сопротивления rх, если вольтметр показал 8 В, а миллиамперметр 20 мА. Какова будет относительная погрешность измерения, если сопротивление rх определить по показаниям приборов? Решить задачу и для схемы рис. 28б. 96. R х измеряется методом амперметра и вольтметра. Амперметр состоит из миллиамперметра с током 5 мА, сопротивлением 200 Ом и шунта R ш = 0,1 Ом. Показание амперметра 2,5 А. Вольтметр состоит из такого же миллиамперметра и добавочного резистора R д = 10000 Ом. Показание вольтметра 50 В. Определить R х и наименьшую относительную погрешность его измерения. Измерения производятся по схемам 28 а, б. 97. R х измеряется методом амперметра и вольтметра. Амперметр состоит из миллиамперметра с током 1 мА, сопротивлением 100 Ом и шунта R ш = 0,1 Ом. Показание амперметра 2 А. Вольтметр состоит из такого же миллиамперметра и добавочного резистора R д = 10000 Ом. Показание вольтметра 100 В. Определить R х и наименьшую относительную погрешность его измерения. Измерения производятся по схемам 28 а, б. 98. R х измеряется по схеме, приведенной на рис. 29. Показания приборов 1 А и 15 В. Сопротивления приборов: R A = 1 Ом; R V = 10 кОм. Определить R x и относительную погрешность измерения.
Рис. 29.
99. R х измеряется по схеме, приведенной на рис.30. Показания приборов 0,5 А и 15 В. Сопротивления приборов: R A = 0,1 Ом; R V = 10 кОм. Определить Rx и относительную погрешность измерения.
Рис. 30. 100. Для измерения сопротивления r х по схеме рис. 28а использованы: вольтметр класса точности 0,5 с верхним пределом измерения 15 В и амперметр класса точности 0,5 с верхним пределом измерения 2,5 А. Вольтметр показал 10 В, амперметр - 2,2 А. Определить величину сопротивления rх и погрешность его определения с учетом класса точности приборов и с учетом сопротивления приборов. Ток полного отклонения вольтметра равен 300 мА. 101. Для измерения неизвестного сопротивления r х методом амперметра и вольтметра собрана схема рис. 28а. Использованы приборы: амперметр на 0,5 А класса точности 0,5 и вольтметр; на 150 В класса точности 0,5. Номинальный ток вольтметра 45 мА. Вольтметр показал 100 В, амперметр 0,28 А. Определить величину сопротивления rх и погрешность измерения с учетом класса точности приборов. 102. Определить погрешность измерения сопротивления r х при помощи моста постоянного тока (рис. 31), если погрешности изготовления сопротивлений плеч мостовой схемы r 2, r 3, r 4, выраженные в относительных значениях, равны: Решение. Из уравнения равновесия моста следует, что то есть Для определения относительной погрешности результата воспользуемся выражением После дифференцирования получим
103. R х измеряется методом амперметра и вольтметра. Амперметр состоит из миллиамперметра с током 5 мА, сопротивлением 100 Ом и шунта R ш = 0,1 Ом. Показание амперметра 2А. Вольтметр состоит из такого же миллиамперметра и добавочного резистора R д = 10000 Ом. Показание вольтметра 100 В. Определить R х и наименьшую относительную погрешность его измерения (рис. 28 а, б). 104. Имеется мост переменного тока для измерения емкости (мост " С "). Найти значение емкости С х, если при равновесии моста С 2 = 0,5 мкФ, r 3 = 100 Ом, r 4 = 1×103 Ом. Считать, что резисторы r 3 и r 4 – чисто активные элементы, а C x, С 2 – реактивные элементы. Проверить отвечает ли схема данного моста фазовому уравнению (рис. 32). 105. Имеется мост переменного тока для измерения индуктивности (мост " L "). Нужно измерить параметры индуктивности L х и r x, если значения плеч при равновесии моста равны: r 2 = 1×102 Ом, r 4 = 1×103 Ом, r 3 = 1×104 Ом и С 3 = 0,1 мкФ (рис. 33). 106. Имеется мост переменного тока для измерения индуктивности (мост " L "). Найти значение L х, если при равновесии моста r 2 = 200 Ом, r 4 = 2×103 Ом, и С 3 = 0,5 мкФ. Считать, что r 2 и r 4 – чисто активные элементы, а С 3 и Lх – реактивные элементы. Проверить отвечает ли данный мост фазовому уравнению, рис. 34.
107. Имеется мост для измерения емкости (мост " С "). Нужно найти С х и r x (параметры плеча, куда включена емкость) при условии, что равновесие моста имеет место при: r 3 = 1×102 Ом, r 4 = 1×103 Ом, С 2 = 0,1 мкФ; r 2 = 1×103 Ом, рис. 35.
108. Измерить малые перемещения ферромагнитного сердечника индуктивного дифференциального датчика, включенного своими обмотками в смежные плечи равноплечного моста переменного тока, рис. 37, 38. Данные датчика: напряжение питания В, величина воздушного зазора мм, площадь поперечного сечения магнитопровода датчика мм2, число витков в обмотке w = 200. Считать, что . В диагональ моста включен электронный вольтметр на пределе 15 В. Его показание 8 В. Вычислить так же индуктивность одинарного датчика и его сопротивление, если частота питания 1500 Гц. Решение. Пренебрегая магнитным сопротивлением ферромагнитных участков магнитной цепи одинарного датчика, можно рассчитать его индуктивность
При перемещении сердечника дифференциального датчика на величину х (например, вправо) индуктивность одинарных датчиков изменится и будет равна Изменение индуктивности одинарных датчиков при этом перемещении будет равно Величиной в знаменателе можно пренебречь, т.к. . Итак получим т.е. Т.к. у подобных датчиков , то полное сопротивление датчиков будет равно и Так как мост равноплечный, то показание вольтметра в диагонали моста при выходе моста из равновесия равно Применительно к нашей задаче получим
Индуктивность одинарного датчика
Сопротивление датчика 109. На рис. 39б представлена уравновешенная мостовая схема. Потери в конденсаторе С 1 учитываются сопротивлением r 1. Известно, что r 3 = 100 Ом, r 4 = 1000 Ом, С 2 = 0,05 мкФ, С 4 = 0,1 мкФ, мост питается напряжением переменного тока частоты f = 100 Гц, конденсаторы С 2 и С 4 без потерь. Определите величины r 1, C 1, tg δ, где δ - угол потерь конденсатора.
110. Найдите зависимость тока в гальванометре четырехплечего моста (рис. 40) от изменения сопротивления r 1 при следующих параметрах моста: r 2 = 300 Ом, r 3 = 50 Ом, r 4 = 150 Ом, rг = 200 Ом, rп = 10 Ом, E = 10 В.
Поиск по сайту: |
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.03 сек.) |