Метрология, стандартизация, сертификация (стр. 2 )

1.  Внешний вид, установление и невозвращение указателя на нулевую отметку, время установления показаний записать в протокол в произвольной форме.

2.  Перед разборкой схем дать руководителю на подпись протокол работы.

3.  После его подписания разобрать схему и положить приборы на стеллаж.

4. Оформить отчет в соответствии с указанием по подготовке к проведению лабораторных работ (см. раздел 2).

После таблицы привести в отчете пример расчета для одной строки таблицы.

Построить график поправок в зависимости от показаний поверяемого прибора.

Заполнить свидетельство о поверке или извещение о непригодности к применению, по результатам сравнения метрологических характеристики прибора с их допускаемыми значениями.

II. Для выполнения второго пункта плана необходимо воспользоваться схемой рис.4 или рис.5 и по данным таблицы 2 построить градуировочную характеристику прибора (рис.3).

Контрольные вопросы.

1.  Обозначения на шкалах приборов с полной их расшифровкой.

2.  Характеристики электроизмерительных приборов:

погрешности, класс точности, чувствительность, собственное потребление, внутреннее сопротивление.

3.  Классификация приборов по принципу действия (по системам).

4.  Классификация методов измерения.

5.  Погрешности измерений и приборов.

6.  Класс точности приборов - привести примеры использования этой характеристики прибора.

7.  Методика градуировки прибора.

8.  Основные метрологические характеристики средств измерения.

9.  Принцип действия эталона тока.

10.  Объяснить назначение и правило пользования градуировочной характеристикой.

клейм 003" width="619 height=830" height="830""/>

И Н С Т Р У К Ц И Я

к лабораторной работе №52

Измерение активных сопротивлений косвенным методом

План работы:

1. Измерение больших сопротивлений методом амперметра и вольтметра.

2. Измерение малых сопротивлений на основании закона Ома.

Основные теоретические положения

В соответствии с разнообразием измеряемых значений сопротивлений разнообразны и методы их измерений. С точки зрения методов целесообразно разделить все сопротивления на 4 группы:

а) малые сопротивления (от 1-го Ома и меньше);

б) среднее сопротивление (от 1-го до 100000 Ом);

в) большие сопротивления (от 100000 до м) ;

г) весьма большие сопротивления - сопротивления изоляционных материалов (от до Ом)

1. Метод амперметра и вольтметра вытекает непосредственно из закона Ома. Измерение активных сопротивлений производят на постоянном токе.

Зная падение напряжения на измеряемом сопротивлении и ток , протекающий через него, можно вычислить величину активного сопротивления по формуле:

Измерение полого сопротивления выполняется на переменном токе частотой f. Модуль полного сопротивления определится как:

Включение приборов для измерения тока и напряжения осуществляют по одной, из двух возможных схем, приведенных на рис.1 и рис.2.

В первой схеме рис.1 вольтметр учитывает не только падание напряжения на измеряемом сопротивлении rx, но и падение напряжения на внутреннем сопротивлении rA амперметра.

Показание амперметра I равно току в измеряемом сопротивлении, так как они включены последовательно, т. е. . Если воспользоваться показаниями приборов для определения измеряемого сопротивления, то получится, величина:

 Принимая величину за искомое сопротивление , мы допускаем погрешность:

абсолютную и относительную
(1).

Сопротивление получается большего значения, чем действительное значение. Действительное значение измеряемого сопротивления равно

В схеме рис.2 амперметр учитывает сумму токов , протекающих по измеряемому сопротивлению Ix и вольтметру Iv, а вольтметр показывает напряжение U равное напряжению на измеряемом сопротивлении. Вычисляя значение измеряемого сопротивления по показаниям приборов, получим:

где Iv – ток протекающий через вольтметр,

–внутреннее сопротивление вольтметра.

При этом возникают погрешности:

абсолютная:

(1)

и относительная:

(2)

Значение сопротивления получается меньше, чем его действительное значение. Действительное значение измеряемого сопротивления равно:

Таким образом, обоим приведенным схемам свойственна погрешность, присутствующая самому методу измерения. Эта погрешность может быть учтена при пользовании первой схемой, если известно сопротивление амперметра, а при пользовании второй - сопротивление вольтметра.

Как видно из выражений (1) и (2) относительная погрешность при измерении сопротивления по методу амперметра и вольтметра зависит от соотношения измеряемого сопротивления и сопротивления приборов:

для первой схемы

и для второй схемы

Из анализа последних уравнений следует, что погрешность при пользовании первой схемой становится малой, когда измеряемое сопротивление много больше сопротивления амперметра.

Погрешность при пользовании второй схемой оказывается незначительной если измеряемое сопротивление много меньше сопротивления вольтметра.

Поэтому при измерении относительно больших, сопротивлений можно рекомендовать первую схему, а для измерений малых сопротивлений пользоваться второй схемой.

При измерении весьма малых сопротивлений (меньше 1 Ом) в результат вкрадывается значительная погрешность вызванная сопротивлением соединительных проводов и переходных сопротивлений контактов в местах присоединения проводов.

Для уменьшений этих погрешностей на измеряемом сопротивлении нужно предусмотреть две пары зажимов: одна для присоединения вольтметра, а другая для присоединения через амперметр источника питания. Вольтметр при такой схеме не учитывает падение напряжения на переходном сопротивлении в контактах присоединения измеряемого сопротивления к источнику питания.

Практические указания к выполнению работы.

I. Для выполнения первого и второго пункта необходимо собрать схему рис.3 для чего выбрать необходимое оборудование:

1)  реостат на 6800 Ом -1 шт.,

2)  реостат на 5-15 Ом -1 шт.,

3)  приборы, учитывая, что регулируемый источник питания позволяет изменять напряжение от 0 до 250 В и ток потребляемый от него не должен превышать 5 А.

4)  ключ на 2 положения, соединительные провода.

Ознакомиться с приборами, записать их паспортные данные в табл. 1.

Обязательно записать в графе "Примечания" списка приборов внутренние сопротивления амперметров и вольтметров для всех пределов измерения.

Собрать схему и предоставить ее для проверки руководителю.

Электрическая схема, собранная по рис. 3, в зависимости от положения переключателя S позволяет измерять заданное неизвестное сопротивление r x по схеме 1 (рис. 1) и по схеме 2 (рис. 2) без изменения питающего напряжения, что облегчает анализ погрешностей измерения. Задавать различные напряжения можно регулятором напряжения однофазным (РНО), который установлен в блоке питания.

Задание:

1.  Использовать оборудование по пунктам 1; 3; 4 собрать схему по рис.3; Измерить по схеме 1 и 2 сопротивления в диапазоне Ом (сопротивление устанавливать перемещением движка реостата). Количество сопротивлений по одному на каждого члена бригады.

2.  Аналогично, использовав оборудование по пунктам 2; 3; 4 измерить сопротивления в диапазоне 5-15 0м.

3.  Данные всех экспериментов занести в таблицу 1(в форме: количество делений шкалы прибора и через дробь его предел измерения).

4.  Перед разборкой схем дать руководителю на подпись протокол работы.

5.  После его подписания разобрать схему и положить приборы на стеллаж.

6.  Оформить отчет в соответствии с указанием по подготовке к проведению лабораторных работ (см. раздел 2).

7.  Написать выводы по анализу погрешностей схем 1 и 2.

Таблица 1- Данные эксперимента и расчета

Схема 1	Схема 2	схема 1	схема 2	Схема 1	Схема 2	Погрешности
U	I	U	I			абсолютная	относительная
Сх.1	Сх.2	Сх.1	Сх.2
B	A	B	A	Ом	Ом	Ом	Ом	Ом	Ом	%	%

Внутреннее сопротивление вольтметра определяется одинарным мостом, сопротивление амперметра - двойным мостом или берутся из паспорта приборов. У эталонов они написаны на циферблате.

Контрольные вопросы

1.  Способы уменьшения погрешностей при измерении малых сопротивлений.

2.  Измерение средних сопротивлений амперметром и вольтметром.

3.  Какие приборы и методы позволяют наиболее точно измерять сопротивления

4.  Чему будет равна относительная погрешность измерения, если измеряемое сопротивление равно сопротивлению вольтметра при использовании схемы 1 и схемы 2.

5.  Чему будет равна относительная погрешность измерения, если измеряемое сопротивление равно сопротивлению амперметра при использовании схемы 1 и схемы 2.

Рис. 3

Инструкция к лабораторной работе № 53

Измерение электрического сопротивления прямым методом

План работы

1. Точное измерение сопротивления компенсационным методом. 2. Грубое измерение сопротивления простым омметром.

3. Измерение сопротивления изоляции.

Основные теоретические положения

1.  Для устранения погрешностей метода амперметра и вольтметра, используют компенсационный (нулевой) метод, который реализуется мостовыми схемами. Сопротивления отдо 106 Ом с погрешностью 0,5 % и отдос погрешностью 2% измеряют одинарным мостом а сопротивления отдоОм с погрешностью 0,2 % и отдоОм с погрешностью 0,02 % измеряют двойным мостом.

Одинарный мост (рис.1 и рис.2) обычно состоит из 3-х магазинов сопротивлений или 2-х магазинов и одного неизменного сопротивления, которые вместе с измеряемым сопротивлением образует замкнутый четырехугольник АСВД. Его стороны называют плечами моста. В одну диагональ четырехугольника включается источник постоянной ЭДС, а в другую диагональ - магнитоэлектрический гальванометр. Гальванометр должен иметь очень высокую чувствительность, порядка 1А/дел, что способствует увеличению точности измерения. Точность также зависит от класса точности магазинов сопротивлений.

Рассмотрим двухзажимную схему (рис.1) подключения измеряемого сопротивления к прибору. Допустим, что не известным сопротивлением является , а R3 остается неизменным. Тогда процесс измерения заключается в подборе таких значений сопротивлений при которых ток протекающий через гальванометр окажется равным нулю. Это состояние называется равновесием моста. Обозначив ток в плечах (при равновесии) через, а ток в плечах через и принимая во внимание, что при равновесии разность потенциалов между точками С и Д равна нулю, получим:

или

отсюда:

и тогда значение искомого сопротивления, зная сопротивления магазинов, можно вычислить по уравнению

Как следует из последнего выражения равновесие моста наиболее просто можно добиться или изменяя величину при постоянном отношении плеч или путем изменения отношения плеч , при неизменном значении .

В настоящее время распространение получили мосты, с постоянным отношением плеч.

При измерении малых сопротивлений (меньше 10 Ом) одинарный мост при двухзажимной схеме подключения измеряемого сопротивления к мосту дает большие погрешности, вследствие влияния сопротивления соединительных проводов и переходного сопротивления контактов в местах присоединения проводов. Указанные источники погрешности можно уменьшить, используя четырехзажимную схему одинарного моста или схему двойного моста. В четырехзажимной схеме (рис.2) измеряемое сопротивление R1 подключают к прибору четырьмя проводами. В этом случае сопротивления проводов С-2 и А-4 и сопротивления контактов их соединения оказываются включенными в диагонали моста и поэтому не влияют на равновесие моста. Влияние сопротивления проводов А-3 и С-1 исключается, если много больше сопротивления провода С-1, а много больше сопротивления провода А-3, что обеспечивается конструкцией прибора.

2.  Приборы, с помощью которых определение сопротивления выполняется без каких-либо расчетов, путем непосредственного отсчета по шкале, носят название омметров. Омметры разделяются на две группы: приборы, показания которых верны только при определенном напряжении вспомогательного источника питания, и приборы, показания которых не зависят от величины этого напряжения.

2.1Первую группу в практике называют просто пробником и относят к приборам низкого класса точности. Их принцип действия основан на законе Ома: ток в цепи обратно пропорционален сопротивлению этой цепи при неизменном напряжении в этой цепи. Схема таких приборов (рис.3) представляет собой замкнутый контур, состоящий из последовательного соединения измеряемого сопротивления R2, источника напряжения U, микроамперметра PA и вспомогательного реостата R1. Реостат предназначен для компенсации изменения э. д.с. источника напряжения, для чего перед измерением при замкнутых накоротко выводах a и b омметра реостатом устанавливают нулевое показание. Прибор проградуирован в единицах сопротивления – омах, нулевая отметка которого расположена с правого края шкалы, а наибольший предел измерения с левого края. Составим уравнение по второму закону Кирхгофа для контура

где I – ток в контуре, RA –внутреннее сопротивление микроамперметра.

Из последнего выражения получим уравнение градуировочной характеристики

2.2  Одной из разновидностью второй группы омметров является мегаомметр (в обиходе его называют мегомметр), предназначенный для измерения сопротивления изоляции, которое весьма велико. Для надежного измерения сопротивления его источник питания должен обладать относительно высоким напряжением (500 В и выше).

Сопротивление изоляции является нелинейной величиной, зависящей от напряжения и времени его приложения. Кроме того на него влияют температура, влажность, загрязнение, материал и срок службы. Снижение сопротивления изоляции ниже установленных норм может привести к пожару и получению электрических травм. Поэтому Правила технической эксплуатации и Правила устройства электроустановок требуют измерения сопротивления изоляции электроустановок при вводе их в эксплуатацию и затем периодически в процессе эксплуатации. В низковольтных установках ( до 1000 В) следует измерять сопротивление при напряжениях 500 или 1000 В, в высоковольтных ( 1000 и свыше вольт) при напряжении 2500 В. Перед измерением необходимо отключить все источники электроэнергии и разрядить все емкости. За результат измерения принимают установившееся показание прибора.

Принципиальная схема современного мегомметра (относящегося к группе приборов, показания которых не зависят от напряжения источника питания) изображена на рис.5. Основной частью прибора является магнитоэлектрический логометр (logos – отношение) PR, механический противодействующий момент, в котором создается не пружиной, а второй рамкой c током, расположенной под углом к первой рамке. По этой причине при отсутствии напряжения стрелка прибора, может находится в любом месте шкалы.

Благодаря специальной форме воздушного зазора угол отклонения α подвижной части логометра определяется отношением токов и в одной и второй рамках прибора то есть

α =I2 / I1 ,

а таккак по закону Ома в соответствии с рис.5 токи равны:  I2 = U / (R3 + R2); I1 = U / R1 , то α =R1/( R3 + R2 ),

то угол отклонения зависит только от измеряемого сопротивления R3 и не зависит от добавочных сопротивлений R1 и R2, так как они служат для настройки пределов измерения и остаются неизменными. Напряжение U, при делении токов сокращается, так что теоретически показание прибора не зависят от напряжения, однако снижение напряжения сильно снижает чувствительность прибора, что увеличивает его погрешность. Источником напряжения служит электромашинный генератор G с ручным приводом. Генератор следует вращать со скоростью 120 об /мин, что определяет допустимое напряжение.

В рассматриваемом приборе объединены две схемы. Это дает возможность измерять одним прибором относительно низкие сопротивления в килоомах и высокие – в мегаомах, переходя от одной схемы к другой при помощи двухполюсного переключателя S. Шкала прибора снабжена двумя рядами отметок: прямой в кОм и обратной в МОм. Измеряемое сопротивление в обоих случаях присоединяется к зажимам З (Земля) и Л (Линия). Имеется еще зажим Э (Экран), который дает возможность с помощью охранного кольца отвести токи утечки (поверхностные токи) от измерительного прибора. Что позволяет измерять только объемное сопротивление изоляции.

Практические указания к выполнению работы.

Для выполнения первого пункта программы необходимо:

1. Использовать стандартные приборы – мосты постоянного тока типа МО–62, Р333 или др.

2.Изучить схему и переписать в протокол метрологические характеристики прибора. Они приведены на крышке прибора.

3. Подключить измеряемое сопротивление R1 к прибору согласно схеме рис.1. Его действительные значения R1d задаются преподавателем.

4. Переключатель схемы измерения «ПС» установить в положение «2з» (2-х зажимная схема подключения) или в положение «4з» (4-х зажимная схема) по указанию преподавателя. Для 4-х зажимной схемы подключения выбрать провода одинакового сопротивления.

5. При кратковременном нажатии кнопки «грубо» последовательным вращением рукояток переключателей «отношений N» и затем плеча сравнения R2 - «х 100 Ом», «х 10 Ом», «х 1 Ом» установить стрелку гальванометра на нуль. Затем при нажатой кнопке «точно» переключателями «х 1 Ом», «0,1 Ом», «х 0,01 Ом» уточнить установку нуля. Замечание: положение переключателя «х 100 Ом» не должно быть нулевым, так как в этом случае увеличивается погрешность. В случае нулевого положения необходимо изменить переключатель «отношений N ».

6. Записать в таблицу 1 значение сопротивления

R2 = ( х1100 +х210 +х31 +х40,1 +х50,01) Ом, а так же множителя R4 /R3 переключателя «отношений N». Здесь обозначены через х1, х2, х3, х4, х5 показания рукояток переключателей плеча сравнения R2.

Таблица1

Способ подключ. R1	Эксперимент	Расчет
R1d, Ом	R2 Ом	R4/R3	Ом	Погрешность
Абсолютная Ом	Относительная %
2з
4з

7. Измерить 4-х зажимной схемой сопротивление последовательно соединенных двух проводов Rпр, которыми подключали сопротивление R1 к 2-х зажимной схеме. Вычесть его значение из сопротивления R1 для случая, когда оно меньше 0,5 Ома и рассчитать относительную погрешность для этой разности.