Лабораторне заняття 15

«Електровимірювальні прилади та техніка електричних вимірювань»

1. Виконати завдання інформаційно-репродуктивного і практично-стереотипного характеру, користуючись таблицями.

Таблиця 9.1

Номер запитання, завдання	Запитання, завдання	Номер відповіді
1.	Для чого призначені електровимірювальні прилади?
2.	Опишіть побудову та принцип дії стрілочного електровимірювального приладу?
3.	Перелічіть основні величини, якими характеризується електровимірювальний прилад.
4.	Що розуміється під межею вимірювання приладу?
5.	Як визначити ціну поділки приладу?
6.	Як визначити чутливість приладу?
7.	Що розуміється під показанням приладу?
8.	Як визначити абсолютну похибка приладу?
9.	Як визначити відносну похибку приладу?
10.	Що розуміється під наведеною похибкою приладу?
11.	Що розуміється під класом точності приладу?

У разі вірного виконання завдання å _непар – å _пар = 2

Таблиця 9.1 а

Номер відповіді	Відповідь
1.	Як різниця між показанням приладу та дійсним значенням вимірюваної фізичної величини: D = А – А_д.
2.	Відношення максимальної абсолютної похибки (установлюваної при проектуванні приладу) до межі вимірювання приладу (виражене у відсотках): .
3.	Значення фізичної величини, яке вимірив прилад (визначається як добуток ціни поділки приладу на кількість поділок, на яке відхилилася стрілка приладу при вимірюванні): А = С _п n.
4.	Як відношення абсолютної похибки до дійсного значення вимірюваної фізичної величини (виражене у відсотках): .
5.	Відношення абсолютної похибки до межі вимірювання приладу (виражене у відсотках): .
6.	Складається з вимірювального механізму, поміщеного в корпус, і допоміжних частин (затиски для підключення, перемикачі меж вимірювань, блок живлення, коректор). Вимірювальний механізм складається з рухомої й нерухомої частин та має шкалу з певною кількістю поділок. Принцип дії вимірювального механізму може бути заснований на явищі електромагнетизму, електромагнітної сили або теплової дії струму. У результаті цих явищ виникає обертаючий момент, що повертає рухому частину вимірювального механізму разом з покажчиком (стрілкою). Стрілка відхиляється на кут, прямо пропорційний значенню вимірюваної фізичної величини. У протидію обертаючому моменту (електромагнітним або механічним шляхом) створюється однаковий за значенням і протидіючий момент, тому що інакше стрілка буде відхилятися до кінця шкали при будь-якому значенні вимірюваної величини (відмінної від нуля).
7.	Межа вимірювання, ціна поділки, чутливість, показання приладу, абсолютна похибка, відносна похибка, наведена похибка, клас точності.
8.	Як відношення межі вимірювання приладу до кількості поділок на шкалі приладу: .
9.	Найбільше значення фізичної величини, яке можна вимірити приладом.
10.	Для перетворення різних електричних величин (сили струму, напруги, активних і реактивних потужностей і енергій, коефіцієнта потужності, опору, індуктивності, ємності) у візуальну форму, зручну для сприйняття.
11.	Як відношення кількості поділок на шкалі приладу до межі вимірювання приладу: .

Таблиця 9.2

Номер запитання, завдання	Запитання, завдання	Номер відповіді
1.	Перелічіть основні прилади, які найбільше часто використовуються для електричних вимірювань.
2.	Як класифікуються електровимірювальні прилади?
3.	Як здійснюється вибір електровимірювального приладу?
4.	Опишіть побудову та принцип дії приладу магнітоелектричної системи, указавши область використання.
5.	Опишіть побудову та принцип дії приладу електромагнітної системи, указавши область використання.
6.	Опишіть побудову та принцип дії приладу електродинамічної системи, указавши область використання.
7.	Опишіть побудову та принцип дії приладу індукційної системи, указавши область використання.
8.	Опишіть побудову та принцип дії приладу термоелектричної системи, указавши область використання.
9.	Опишіть побудову та принцип дії приладу випрямної системи, указавши область використання.

У разі вірного виконання завдання å _непар – å _пар = 15

Таблиця 9.2 а

Номер відповіді	Відповідь
1.	Прилад являє собою сукупність приладу магнітоелектричної системи та термопари (двох різнорідних металів: мідь – константан, залізо – константан і інших). Два кінці металевих провідників, з яких складається термопара, з'єднані в загальний вузол. До цього вузла приєднаний провідник, по якому проходить вимірюваний електричний струм. У результаті теплової дії струму загальний вузол нагрівається та у ньому наводиться постійна електрорушійна сила (названа термо-е.р.с.), незалежно від роду струму. До двох інших кінців металевих провідників, з яких складається термопара, підключений вимірювальний механізм магнітоелектричної системи. При виникненні термо-е.р.с. у котушці вимірювального механізму протікає постійний струм. При протіканні електричного струму в провідниках котушки спостерігається явище електромагнітної сили. У результаті котушка, а разом з нею й стрілка приладу відхиляються, указуючи на шкалі значення вимірюваної величини. Прилади цієї системи використовуються для вимірювань у колах постійного та змінного струмів.
2.	Вимірювальний механізм приладу складається із двох котушок індуктивності (рухомої і нерухомої). При протіканні електричного струму в провідниках котушок спостерігається явище електромагнітної сили. У результаті рухома котушка (що знаходиться усередині нерухомої котушки) відхиляється на кут, пропорційний значенню вимірюваної величини. Разом із цією котушкою відхиляється стрілка приладу, указуючи на шкалі значення вимірюваної величини. Прилади цієї системи використовуються для вимірювань у колах постійного та змінного струмів.
3.	Прилад являє собою сукупність приладу магнітоелектричної системи та одного або декількох напівпровідникових випрямлячів, призначення яких – живлення вимірювального механізму магнітоелектричної системи постійним струмом. Прилади цієї системи використовуються для вимірювань у колах постійного та змінного струмів для вимірювання невеликих значень фізичних величин, а також для вимірювань у колах з підвищеною частотою струму (понад 50 Гц).
4.	Вимірювальний механізм приладу складається із двох нерухомих котушок індуктивності (зсунених у просторі на кут 90° одна щодо іншої) і рухомої металевої частини (диска, циліндра), що розташовується між котушками. Одну котушку включають паралельно мережі, а іншу послідовно. Струми, що протікають у котушках, створюють два магнітних потоки, які пронизують рухому металеву частину та наводять у ній вихрові е.р.с. Під дією наведених вихрових е.р.с. у рухомій частині будуть протікати вихрові струми, тобто рухома частина зі струмом перебуває в магнітному полі котушок. У результаті спостерігається явище електромагнітної сили та рухома частина (диск, циліндр) приходить в обертання. Прилади цієї системи використовують, як правило, для вимірювання потужності та енергії в колах змінного струму.
5.	Вимірювана фізична величина, рід струму, клас точності, принцип дії, спосіб відліку та характер шкали, характер застосування та установки.
6.	Вимірювальний механізм приладу складається з котушки індуктивності з рухомим магнітопроводом, що зв'язаний зі стрілкою приладу. При протіканні електричного струму в провідниках котушки спостерігається явище електромагнетизму. У результаті магнітопровід втягується в котушку пропорційно значенню вимірюваної величини, а стрілка приладу відхиляється, указуючи на шкалі значення вимірюваної величини. Прилади цієї системи використовуються для вимірювань у колах постійного та змінного струмів.
7.	1) визначається вимірювана фізична величина та прилад для вимірювань (сила струму - амперметр, напруга - вольтметр, потужність - ватметр і так далі); 2) визначається рід струму в колі (постійний, змінний); 3) визначається необхідний клас точності приладу; 4) визначається характер застосування та установки; 5) визначається система приладу (магнітоелектрична, електромагнітна або інша); 6) визначається межа вимірювання приладу; 7) визначається ціна поділки приладу.
8.	Вимірювальний механізм приладу складається з постійного магніту, що має підковоподібну форму. Усередині магніту знаходиться котушка індуктивності, зв'язана зі стрілкою приладу. При протіканні електричного струму в провідниках котушки спостерігається явище електромагнітної сили. У результаті котушка, укріплена на осі, повертається на кут, пропорційний значенню вимірюваної величини. Разом з котушкою відхиляється стрілка приладу, указуючи на шкалі значення вимірюваної величини. Прилади цієї системи використовуються для вимірювань у колах постійного струму.
9.	Амперметр, вольтметр, ватметр, електричний лічильник, фазометр, омметр, вимірювальний міст, частотомір.

Таблиця 9.3

Номер запитання, завдання	Запитання, завдання	Номер відповіді
1.	Для чого призначений амперметр?
2.	Як вибрати для вимірювань амперметр?
3.	Складіть принципову електричну схему вимірювання сили струму в однофазному навантаженні.
4.	Для чого призначений вольтметр?
5.	Як вибрати для вимірювань вольтметр?
6.	Складіть принципову електричну схему вимірювання напруги на затисках однофазного навантаження.
7.	Для чого призначений ватметр?
8.	Опишіть побудову ватметра.
9.	Опишіть принцип дії ватметра.
10.	Як вибрати для вимірювань ватметр?
11.	Як визначити межа вимірювання та ціну поділки ватметра?
12.	Складіть принципову електричну схему вимірювання потужності однофазного навантаження.
13.	Складіть і опишіть принципову електричну схему включення ватметра у високовольтну однофазну мережу за допомогою вимірювальних трансформаторів напруги та струму.
14.	Як визначити коефіцієнт потужності пристрою за показаннями амперметра, вольтметра та ватметра?

У разі вірного виконання завдання å _непар – å _пар = 25

Таблиця 9.3 а

Номер відповіді	Відповідь
1.	За родом струму, класом точності, характером застосування та способом установки, системою приладу, а також тому, що межа вимірювання приладу повинна перевищувати передбачуване значення активної потужності кола.
2.	Вимірювальний механізм приладу складається із двох котушок: нерухомої та рухомої, зв'язаної зі стрілкою приладу. Нерухома котушка (струмова обмотка) має невелику кількість витків і виконана із проводу з великим перетином; включається в коло послідовно. Рухома котушка (обмотка напруги) має велику кількість витків і виконана із проводу з невеликим перетином; включається в коло паралельно. Струми в котушках повинні протікати в одному напряму, щоб стрілка приладу відхилялася вправо від нуля, для цього затиски приладу зі знаком «*» поєднують у загальний вузол.
3.
4.	Як відношення показання ватметра до добутку показань амперметра та вольтметра.
5.	Принцип дії приладу заснований на явищі електромагнітної сили, що виникає при протіканні струму в обох котушках, у результаті чого виникає обертаючий момент прямо пропорційний струмам у котушках. Сила струму в рухомій котушці пропорційна напрузі в колі, тому що вона включається паралельно. Сила струму в нерухомій котушці пропорційна силі струму в колі, тому що вона включається послідовно. Отже, обертаючий момент, що діє на рухому котушку, пропорційний активної потужності в колі.
6.	Як добуток межі по струму на межу по напрузі, як частка від ділення межі вимірювання на кількість поділок на шкалі приладу.
7.
8.	Для вимірювання напруги в колі.
9.	За родом струму, класом точності, характером використання та способом установки, системою приладу, а також тим, що межа вимірювання приладу повинна перевищувати передбачуване значення напруги в колі.
10.
11.	Для вимірювання сили струму в колі.
12.	За родом струму, класом точності, характером використання та способом установки, системою приладу, а також тим, що межа вимірювання приладу повинна перевищувати передбачуване значення сили струму в колі.
13.
14.	Для вимірювання активної потужності в колі.

Таблиця 9.4

Номер запитання, завдання	Запитання, завдання	Номер відповіді
1.	Для чого призначений лічильник активної енергії?
2.	Опишіть побудову лічильника активної енергії.
3.	Опишіть принцип дії лічильника активної енергії.
4.	Складіть і опишіть принципову електричну схему включення лічильника активної енергії у високовольтну мережу за допомогою вимірювальних трансформаторів напруги та струму.
5.	Що розуміється під постійною лічильника активної енергії?
6.	Як визначити потужність навантаження за показниками лічильника активної енергії?
7.	Складіть розрахункову схему двоплечего моста.
8.	Опишіть принцип дії двоплечего моста.
9.	Складіть розрахункову схему чотириплечего моста
10.	Опишіть принцип дії чотириплечего моста.

У разі вірного виконання завдання å _непар – å _пар = 3

Таблиця 9.4 а

Номер відповіді

Відповідь

При вимірюванні необхідно опір регульованого резистора змінювати так, щоб урівноважити міст, після чого за значенням регульованого резистора визначають вимірюваний опір.

При вимірюванні необхідно опори регульованих резисторів змінювати так, щоб урівноважити міст, тобто струм у гальванометрі повинен бути відсутнім. Це означає, що в урівноваженому стані I ₁ = I ₂, I ₃ = I _x, тому

Для обліку спожитої активної енергії.

При протіканні електричного струму по обмотках спостерігається явище електромагнетизму, у результаті чого створюються магнітні потоки обмоток. Ці потоки пронизують диск і спостерігається явище електромагнітної індукції: у диску наводяться вихрові е.р.с., під дією яких протікають вихрові струми. Взаємодія магнітного поля обмоток і вихрових струмів призводить до виникнення явища електромагнітної сили. Диск, а разом з ним і рахунковий механізм, починають обертатися. Для гальмування диска (при відсутності споживання електроенергії) використовується постійний магніт підковоподібної форми, полюси якого розташовані по різні сторони щодо площини диска.

Фізична величина, яка показує, скільки обертів диска відповідає 1 кВт×год.

10.

Вимірювальний механізм приладу влаштований у такий спосіб: на двох магнітопроводах, які мають підковоподібну форму та розташованих перпендикулярно один одному, знаходяться обмотки (котушки індуктивності); одна обмотка (обмотка напруги) включається паралельно споживачеві, друга обмотка (струмова обмотка) включається послідовно зі споживачем; між магнітопроводами укріплений алюмінієвий диск на осі, яка зв'язана з рахунковим механізмом.

Експериментальне дослідження:

1. Скласти принципову електричну схему, яка складається з однофазного джерела (50 Гц), котушки індуктивності та автоматичного вимикача. У колі котушки передбачити амперметр, вольтметр і ватметр, які включені через вимірювальні трансформатори струму і напруги.

2. Зібрати експериментальну установку.

3. Визначити ціну поділки кожного приладу з урахуванням коефіцієнтів трансформації вимірювальних трансформаторів.

;

4. Включити установку, зняти показання приладів, після чого виключити установку.

Фізична величина	I, А	U, В	Р, Вт
Значення фізичної величини

5. Визначити параметри котушки (повний, активний та індуктивний опори).

повний опір котушки:

Þ ;

активний опір котушки:

Þ ;

індуктивний опір котушки:

Þ .

ТЕМАТИЧНЕ КОМПЛЕКСНЕ КВАЛІФІКАЦІЙНЕ ЗАВДАННЯ

Умова

Однофазне навантаження споживає повну потужність S при коефіцієнті потужності cos j та напрузі U. У колі навантаження включені амперметр, вольтметр і ватметр через вимірювальні трансформатори напруги і струму. Амперметр із межею вимірювання 5 А и максимальним числом поділок на шкалі – 100. Вольтметр із межею вимірювання 150 В и максимальним числом поділок на шкалі – 150. Ватметр із межею вимірювання по струму 5 А і по напрузі 150 В та максимальним числом поділок на шкалі – 150. Коефіцієнт трансформації вимірювального трансформатора напруги k _т.н, коефіцієнт трансформації вимірювального трансформатора струму k _т.с.