Практическая работа № 2
Измерения
Цель: получить навыки проведения измерений различных величин
Понятия об измерении.
Измерением находят количественные характеристики отдельных элементов явлений и устанавливают численные соотношения между ними, т. е. законы явлений формулируются в математической форме, показывая, как изменяются одни величины при изменении других. Любые измерения могут быть осуществлены сравнением различных величин при одном обязательном условии: сравниваемые величины должны быть однородными. Следовательно, измерение — это процесс сравнивания между собой двух однородных величин: одной пока неизвестной с другой известной, называемой единицей измерения. Вещественное воспроизведение единицы измерения (линейка, гиря) называется мерой.
Методы измерения в зависимости от способа получения результата делятся на прямые и косвенные. Прямым называется такой метод измерения, при котором измеряемая величина непосредственно сравнивается с величиной того же рода (например, измерение силы тока амперметром). Косвенным называется метод измерения, при котором искомая величина не измеряется непосредственно, а вычисляется на основании измерений других величин, связанных с измеряемой величиной известной зависимостью.
Принятие Международной системы единиц — важнейший акт, способствующий прогрессу науки и техники.
В 1961 г. утвержден ГОСТ 9867—61 «Международная система единиц». Этим стандартом, введенным в действие с 1 января 1963 г., устанавливается предпочтительное применение Международной системы единиц во всех областях науки, техники, а также при преподавании.
Порядок измерения измерительными приборами.
Измерение силы тока. Для измерения силы электрического тока служат приборы, называемые амперметрами. Включение амперметра не должно уменьшать величину измеряемой силы тока, поэтому сопротивление измерительного механизма выполняют возможно малым. Пусть в электрическую цепь включен источник электрической энергии, напряжение которого V = 10 В. Сопротивление потребителя rп = 20 Ом. В этой цепи согласно закону Ома сила тока
I=U/rп=10/20=0,5 A
Допустим, что обмотка миллиамперметра, которым следует измерить силу тока, имеет сопротивление га = 30 Ом, тогда при включении прибора в цепь сила тока составит
Если включить в цепь прибор с большим сопротивлением, то нарушится ее электрический режим и сила тока будет измерена с большей ошибкой, т. е. силу тока в цепи необходимо измерять таким прибором, у которого собственное сопротивление наименьшее. Присоединять амперметр к полюсам источника тока без нагрузки нельзя. Это объясняется тем, что по обмотке амперметра, имеющей малое сопротивление, в данном случае пройдет ток и она может перегореть. По той же причине нельзя включать амперметр параллельно нагрузке.
Для измерения значительной силы тока приборы снабжаются шунтом. Шунт — это относительно малое, но точно известное сопротивление (rш), присоединяемое параллельно измерительному механизму.
Пусть амперметр позволяет измерить силу тока Iа = 5 А, а в данном случае необходимо этим прибором измерить силу тока I = 30 А. Следовательно, предел измерения прибора необходимо увеличить в n=I/Ia=30/5=6 раз.
Сопротивление шунта, который надо присоединить параллельно амперметру, чтобы обеспечить такое расширение предела измерения, можно определить по формуле
Если сопротивление амперметра rа = 0,15 Ом, то сопротивление шунта
После присоединения шунта к прибору каждое деление шкалы; прибора будет соответствовать величине в n раз большей, чем указана на ней.
Шунты изготовляют из мангатина — сплава, у которого температурный коэффициент сопротивления практически равен нулю.
Измерение напряжения. Для измерения напряжения служат приборы, называемые вольтметрами. Вольтметры включаются всегда между теми точками сети, напряжение между которыми необходимо измерить. Устройство вольтметра сходно с устройством амперметра, различие состоит лишь в том, что мтушка вольтметра выполнена из большего числа витков проволоки и обладает большим сопротивлением. Это делается для того, чтобы ограничить ток, мыекающий через катушку вольтметра.
Для расширения пределов измерения вольтметра к обмотке измерительного механизма последовательно присоединяют многоомное сопротивление, носящее название добавочного сопротивления rд.
Добавочное сопротивление
Число n показывает, во сколько раз расширяют предел измерения вольтметра.
Пусть имеющийся у нас вольтметр позволяет измерять напряжение Uв = 40 В, а необходимо измерить этим прибором напряжение U = 220 В. Значит нужно расширить предел его измерения в
Если сопротивление вольтметра rв = 4000 Ом, то для расширения предела измерения прибора в 5,5 раза необходимо, чтобы добавочное сопротивление
После присоединения к вольтметру добавочного сопротивления каждое деление шкалы прибора будет соответствовать величине, в n раз большей, чем указано на ней.
Измерение сопротивления. Для измерения сопротивления служит омметр. Показания омметра будут верны только в том случае, если напряжение, подаваемое на него, соответствует напряжению, при котором градуировалась шкала в Омы. Конструкции выпускаемых в настоящее время омметров позволяют за счет специального устройства регулировать напряжение источника питания и таким образом точно устанавливать стрелку прибора на нуль.
Для измерения большого сопротивления: изоляции электрических цепей, обмоток электрических машин и электроустановок служат мегомметры (приборы, измеряющие миллионы Ом) — переносные приборы магнитоэлектрической системы.
Мегомметр (рис. 1)состоит из двух основных частей: измерительного устройства и генератора постоянного тока с ручным приводом.
Измерителем мегомметра является двухрамочный прибор логометр. Перед измерением необходимо убедиться в том, что испытываемые электрические цепи не находятся под напряжением.
При измерении сопротивления изоляции между обмотками двигателя поступают так, снимают перемычки с клеммной панели двигателя и соединяют конец первой обмотки с зажимом «Линия», а конец второй обмотки с зажимом «Земля» мегомметра.
Вращая рукоятку прибора, определяют по шкале сопротивление изоляции между обмотками. Если необходимо измерить сопротивление изоляции обмотки двигателя по отношению к земле, то соответственно присоединяют обмотку к зажиму «Линия» мегомметра, а корпус — к зажиму «Земля».
Универсальный электроизмерительный прибор. Широкое распространение получили переносные универсальные электроизмерительные многопредельные приборы — ампервольтомметры, которые могут измерять силу тока, напряжение, сопротивление. Так как прибор измеряет амперы, вольты, мы, его иногда называют авометром.
Рис. 1 Мегомметр:
а — внешний вид; б — обмотки логометра; в — генератор
Циферблат прибора имеет три шкалы. Верхняя шкала предназначена для измерения сопротивления. Средняя шкала со знаком «~» служит для отсчета величин переменного напряжения. Нижняя шкала, около которой стоит знак «=», дает возможность определить величину постоянного тока и напряжения.
Схема прибора составлена так, что при измерении силы тока включать в цепь различные шунты, при измерении напряжения — добавочные сопротивления, а при измерении переменного напряжения — полупроводниковый выпрямитель.
Измерение мощности. Мощность постоянного тока равна произведение величины силы тока па величину напряжения и выражается формулой
Следовательно, мощность можно измерить амперметром и вольтметром. Мощность постоянного и переменного тока можно также, измерить ваттметром электродинамической системы.
Неподвижная обмотка ваттметра, имеющая малое сопротивление, включается в цепь последовательно (как амперметр), а подвижная обмотка, имеющая большое сопротивление, — параллельно нагрузке (как вольтметр).
Показания электродинамического ваттметра при измерении мощности переменного тока пропорциональны произведению напряжения на силу тока и коэффициент мощности:
Содержание отчета
Понятия об измерении.
Порядок измерений приборами.