Метрология, стандартизация, сертификация (стр. 4 )

Поверка однофазного индукционного счетчика

План работы

1. Поверка индукционного счетчика.

Основные теоретические положения

Поверку проводят в соответствии с ГОСТ 8. "Счетчики электрические активной и реактивной энергии индукционные. Методы и средства поверки".

Поверка счетчика - совокупность операций, выполненных в целях подтверждения соответствия счетчика метрологическим требованиям, т. е. его пригодность к применению. Согласно ГОСТ 6570-96 индукционные счетчики должны удовлетворять следующим техническим условиям :

а) внешний вид должен соответствовать техническим требованиям: наличие монтажной схемы подключения, четко видны все надписи на циферблате и отметка на диске, стекло прочно приклеено и не имеет трещин, зажимная коробка не должна иметь повреждений, резьба и головки винтов подключения проводов должны быть исправны.

б) при подключении напряжения только к параллельной цепи, и отсутствии тока в последовательной цепи счетчика подвижная часть счетчика должна оставаться неподвижной при напряжениях, лежащих в границах от 80 до 110 % от номинального, т. е. счетчик не должен иметь так называемого самохода. Он не должен вращаться, когда вся нагрузка отключена. Допускается вращение до одного оборота диска.

в) Порог чувствительности счетчика (это наименьшее значение тока, при котором диск счетчика вращается без остановок, если к нему подведено номинальное напряжение номинальной частоты) не должен превышать 0,5 % от номинального тока для счетчика 1-го класса точности и 1 % для счетчиков класса точности 2,5 %.

г) относительные погрешности показаний счетчиков при номинальной температуре 20 °С и номинальных напряжениях и частоте не должны превышать значений, указанных в таблице 1.

Таблица I

Cosφ	Нагрузка в % от номиналь­ной	Допускаемая погрешность δd, %, для классов точности
		1	2	2,5
1	5 10 от 10 до 150 от 10 до 200	±2.0 ±1.0 ±1.0 -	±2.5 ±2.0 - 2.0	- ±3.5 - ±2.5
0,5	10 от 20 до 150	± 2.0 ±1.0	±2.5 ±2.0	- ±4.0

Проверка счетчика имеет целью выяснить, насколько счетчик удовлетворяет вышеизложенным техническим условиям, для этого:

А. Определяют при разных нагрузках действительную постоянную счетчика С, которая представляет собой количество энергии, израсходованное из сети за время одного оборота счетчика, т. е.

где P – мощность потребляемая нагрузкой, Вт,

t – время работы счетчика, c

N – число оборотов диска за время t.

Б. По передаточному числу (А) поверяемого счетчика, которое указана на его циферблате, определяют номинальную постоянную , физический смысл которой тот же, что и у С – но только она является нормированной величиной и устанавливается заводом-изготовителем счетчика.

Передаточное число представлено в виде: 1 кВт·ч ⇒ А оборотов диска т. е. если израсходовали 1 кВт·ч энергии, то диск должен совершить А оборотов, например, 2000 оборотов.

Для того чтобы найти номинальную постоянную, нужно 1 кВт·ч (предварительно переведенный в Вт·с) разделить на А оборотов, т. е.:

В. Рассчитывают фактическую погрешность счетчика .

Г. Сравнивают фактическую погрешность δ с допускаемой погрешностью δd (см. таблицу 1) .Если δ≤δd , то фактическая погрешность поверяемого счетчика соответствует метрологическим требованиям. Однако, чтобы счетчик был признан пригодным к применению необходимо соответствие всех метрологических характеристик: погрешность, внешний вид, самоход и порог чувствительности.

Если поверка счетчика дает результаты, не удовлетворяющие техническим условиям, то производится регулировка счетчика.

Практические указания и составление отчета

1.  Ознакомиться с принципом действия и конструкцией счетчика.

2.  Ознакомиться с приборами, необходимыми для работы, записать в таблицу их характеристики.

3.  Проверить возможность применения имеющейся аппаратуры в данной схеме (рис.1).

4.  Собрать приборы по схеме (рис.1) и дать для проверки преподавателю.

5.  Определить соответствие внешнего вида счетчика установленным требованиям.

6.  Определить вращается ли счетчик при отсутствии нагрузки при напряжении 110% от номинального, т. е. имеется ли самоход и сравнить с допустимым значением.

7.  Измерить порог чувствительности счетчика и сравнить с допустимым значением. Для этого при номинальном напряжении на параллельной цепи счетчика, плавно увеличивая автотрансформатором Т ток нагрузки от нуля, измеряют миллиамперметром РА наименьшее значение тока (порог чувствительности) при котором диск начинает устойчиво вращаться.

8.  Заменить в схеме миллиамперметр на амперметр.

9.  Определить постоянную счетчика С при нагрузках 25%, 50%, 75%, 100% от номинальной при . Затем определить постоянную счетчика С при нагрузках 25%, 50%, 75%, 100% от номинальной при . Номинальный ток нагрузки указан на циферблате.

10.  Рассчитать погрешности счетчика при указанных нагрузках и сравнить с допустимым значением.

11.  Построить графики погрешностей в зависимости от нагрузки:

а) при , т. е.

б) при , т. е. , см. рис.2.

Все измерения и расчеты занести в таблицу №2.

Таблица 2

№№	cosφ	U	I	I	P	T	N	CH	C	δ
		B	A	%	Bт	C	об	Вт·с/об	Вт·с/об	%
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11

Примечание:

Под таблицей привести пример расчета для одной нагрузки.

По заданным в пункте 9 нагрузкам и номинальному току счетчика подсчитать (перед проведением работы) величину тока нагрузки в именованных единицах, т. е. проценты перевести в амперы.

Вывод оформить в виде свидетельства о поверке или извещения о непригодности к применению, форма которых приведена в лабораторной работе № 51.

Контрольные вопросы.

1.  Устройство и принцип действия однофазного счетчика электрической энергии.

2.  Вращающий момент индукционного измерительного механизма.

3.  Почему индукционный счетчик измеряет только активную энергию (основные уравнения механических моментов в счетчике).

4.  Схема включения бытового счетчика в сеть и включение однофазного счетчика через измерительные трансформаторы в высоковольтную сеть.

5.  Основные моменты, действующие в однофазном счетчике электрической энергии. Векторная диаграмма напряжений и токов счетчика.

6.  Причины возникновения самохода в счетчике и способы борьбы с ними.

7.  Порог чувствительности, номинальная и действительная постоянные счетчика, погрешности и борьба с ними.

8.  Конструкция, принцип действия двухэлементного трехфазного счетчика, схема его выключения.

9. Назначение и способы создания компенсационного момента в счетчике.

Инструкция к лабораторной работе №56

Электронный осциллограф

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Знакомство с осциллографом и подготовка его к включению.

Градуировка вертикального участка осциллографа при различных условиях.

Измерение амплитудного значения напряжения на разомкнутых вторичных зажимах тр-ра тока.

Измерение угла сдвига фаз.

Определение частоты по форме фигур Лиссажу.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Электронный осциллограф (осциллоскоп) – это один из наиболее распространенных в настоящее время приборов. Он предназначен для наблюдения форм кривой исследуемого напряжения в зависимости от времени, а также может быть использован для измерения частоты, фазы, напряжения, коротких промежутков времени и пр.

Принцип действия электронного осциллографа основан на использовании свойств электронно-лучевой трубки.

ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ ТРУБКА

Основным элементом электронного осциллографа является электронно-лучевая трубка (ЭЛТ).

Электронно-лучевая трубка (рисунок 1) представляет собой стеклянный баллон с откаченным воздухом, внутри которого расположены металлические электроды.

Основными частями трубки являются:

а) электронная пушка;

б) отклоняющая система.

в) флюоресцирующий экран;

ЭЛЕКТРОННАЯ ПУШКА

Электронно-лучевая пушка создает поток электронов и формирует этот поток в электронный луч.

Электронный луч, состоящий из быстро летящих электронов, направляется на экран.

Основными деталями электронной пушки являются: нить накала, катод, управляющая сетка, первый и второй аноды. Нить накала служит для подогрева катода К.

Катод К представляет собой небольшой металлический цилиндр, передний торец, которого покрывается тонкой пленкой специального состава, хорошо имитирующего электроды при нагревании. На управляющую сетку С подается отрицательный по отношению к катоду потенциал, который влияет на количество электронов в луче, так как электроны имеют отрицательный заряд и отталкиваются сеткой обратно к катоду. Потенциал изменяют потенциометром R1.Таким образом, меняется яркость точки на экране. Конструктивно сетка представляет собой металлический цилиндр с отверстием для прохода электронов.

Первый и второй аноды а1 и а2 имеют положительный потенциал относительно катода. Потенциал а2 делается выше (от 600 до 20000 В), чем потенциал а2 (от 150 до 400 В). Конфигурация и взаимное расположение анодов подбирается таким образом, что электрическое поле, действующее на электроны, ускоряет их и собирает в тонкий луч, который проходит через отверстия в анодах. Действие электрического поля на поток электронов аналогично фокусированию светового потока оптической линзой.

Существуют трубки, в которых фокусировка потока электронов в луч осуществляется с помощью магнитного поля. Фокусирующие катушки располагают снаружи горловины трубки. Чаще применяются трубки с электростатической фокусировкой.

ФЛЮОРЕСЦИРУЮЩИЙ ЭКРАН.

Электронный пучок в конце своего пути попадает на внутреннюю торцевую сторону расширенного конца колбы, называемую экраном. Эта поверхность покрыта специальным составом (вольфрамокислый кальций, сернистый цинк и др.), обладающим свойством светиться под действием ударов электронов. Такие составы называют люминофорами.

В месте попадания электронов получается светящееся точка.

Свечение длится до тех пор, пока существует луч. Иногда экраны имеют покрытие, которое светится некоторое время и после исчезновения луча. Они называются экранами с длительным послесвечением.

ОТКЛОНЯЮЩИЕ ПЛАСТИНЫ.

Отклоняющие пластины представляют собой две пары плоско параллельных (иногда более сложной формы) пластин, расположенных взаимно перпендикулярно. Пластины одной пары х1 и х2 расположены горизонтально, пластины другой пары у1 и у2 – вертикально. Если к паре пластин приложить разность потенциалов, то электронный луч, проходя между пластинами, попадает в их электрическое поле. Под воздействием этого поля траектория электронов изменяет свое положение, и луч отклоняется на угол α от прямолинейного движения. Это позволяет направлять луч в любую точку экрана.

По существу, отклоняющие пластины представляют собой плоский конденсатор, к которому приложено напряжение.

Зависимость отклонения электронного луча от приложенного напряжения может быть выведена с некоторым приближением на основании законов воздействия на отдельный электрон электрического поля, перпендикулярного к направлению движения электрона.

Электрон, обладая скоростью , перемещается в поле плоского конденсатора параллельно отклоняющим пластинам (рис.2). На него воздействует сила, перпендикулярная направлению движения и равная

,

где e – заряд электрона

E – напряженность электрического поля.

Так как поле плоского конденсатора равномерно, то ,

где u – мгновенное значение напряжения приложенного к пластинам кон -  денсатора. Действующее значение этого напряжения обозначено    на рис.2 буквой U;

  d – расстояние между пластинами.

Следовательно, .

Эта сила сообщает электрону, имеющему массу m, поперечное ускорение

,

которое будет действовать на электрон в течение времени

где - продольная скорость движения электрона;

l – продольный размер пластины.

В течение этого времени ускорение остается постоянным по величине и направлению. Таким образом, к моменту выхода из электрического поля, кроме продольной скорости электрон будет обладать также поперечной составляющей скорости , которая равна

. (1)

При выходе из пластин электрон будет перемещаться под углом к оси трубки, определяемым отношением скоростей.

(2)

Так как направление луча совпадает с направлением движения электрона, то с достаточной точностью можно считать, что смещение пятна на экране равно

, (3)

где L- расстояние от края пластины до экрана.

То есть, луч расположен так, как будто он направлен из центра отклоняющего поля под углом к оси трубки.

Подставляя в выражение (3) значения из (2) и из (1), получаем

. (4)

Работа, совершаемая электрическим полем, созданным анодным напряжением Ua2 , при перемещении электрона между катодом и анодом превращается в кинетическую энергию движущегося электрона

. (5)

Подставляя (5) в (4), окончательно получаем

. (6)

Таким образом, смещение пятна на экране прямо пропорционально мгновенному значению напряжения на пластинах u и обратно пропорционально анодному напряжению Ua2.

Первая пара пластин, расположенная горизонтально, отклоняет луч на экране в вертикальном направлении, вверх или вниз в зависимости от полярности напряжения. Поэтому эти пластины называют «вертикальными», хотя сами они расположены в горизонтальных плоскостях. Вторая пара пластин, расположенная вертикально, смещает луч на экране в горизонтальном направлении, вправо или влево. Эти пластины называют «горизонтальными».

Существуют трубки с магнитным отклонением луча. В них вместо пластин имеются специальные катушки отклонения. В этих трубках луч отклоняется магнитным полем, создаваемым током в катушках, причем, это отклонение пропорционально мгновенному значению тока, протекающего через катушку.

РАЗВЕРТКА КРИВЫХ ВО ВРЕМЕНИ.

Если исследуемое переменное напряжение подать на пластины вертикального отклонения, а на пластины горизонтального отклонения ничего не подавать, то на экране мы увидим вертикальный отрезок. Что бы увидеть изменение напряжения во времени необходимо на пластины горизонтального отклонения подать напряжение, изменяющееся линейно во времени, которое преобразует время в пропорциональное ему напряжение. Такой процесс называют разверткой во времени исследуемого напряжения.

Линейно изменяющееся напряжение называют напряжением развертки. Оно имеет пилообразную форму, представленную на рисунке 3.

Если период пилообразного развертывающего напряжения ТР равен периоду исследуемого напряжения ТС , то на экране имеет место неподвижное изображение, соответствующее одному периоду исследуемого напряжения, рисунок 4. Равенство периодов достигают изменением частоты генератора развертки (fp =1/Tp ). Если период развертывающего напряжения в n (n-целое число) раз больше периода исследуемого напряжения, то на экране появится кривая, соответствующая n периодам исследуемого напряжения.

Блок электронного осциллографа, служащий для создания пилообразного напряжения, называют блоком развертки, который представляет собой электронный генератор. Частоту этого генератора можно изменять в широких пределах.

СИНХРОНИЗАЦИЯ

Для принудительного установления и поддержания необходимой кратности частот (n) развертывающего и исследуемого напряжений осуществляется синхронизация, которая заключается в том, чтобы начала периодов развертывающего и исследуемого напряжений совпадали. Это обеспечивается электрической связью между усилителем исследуемого напряжения и генератором развертки. Генератор в этом случае работает в режиме «ждущей развертки». Он запускается по командам, поступающим от начала периода исследуемого напряжения.

Когда исследуют сигналы электрической сети, осциллограф переводят в режим синхронизации «от сети».

В специальных случаях, например при исследовании переходных процессов, синхронизацию можно осуществлять от внешнего источника

ФИГУРЫ ЛИССАЖУ

Если разные переменные напряжения приложить одновременно к обеим парам отклоняющих пластин, то электронный луч под действием двух взаимно перпендикулярных полей будет прочерчивать на экране некоторую сложную кривую. Форма получаемой сложной кривой зависит от формы кривых, сдвига фаз, отношения амплитуд и частот напряжений, приложенных к пластинам. При отношении частот, выражающемся рациональным числом, результирующая кривая замкнута и представляется на экране в виде неподвижного изображения. Все эти результирующие кривые носят название фигур Лиссажу. На рисунке 5 показаны фигуры Лиссажу для нескольких простых случаев соотношения частот и углов сдвига фаз.

Для двух синусоидальных напряжений, совпадающих по фазе и имеющих одинаковую частоту и амплитуду при одинаковой чувствительности осциллографа по вертикальной и горизонтальной схеме, наблюдаемая фигура изображается прямой линией, составляющей с горизонтальной осью угол .

В случае неравенства амплитуд угол наклона прямой приобретает другие значения, лежащие в пределах от 0 до . При наличии сдвига фаз напряжениями на экране появляется эллипс, который расширяется с увеличением сдвига фаз и превращается в окружность, когда угол становится равным .

Рис. 5 Фигуры Лиссажу для разного соотношения частот и различных углов сдвига фаз .

Фигуры Лиссажу позволяют определить частоту и угол сдвига фаз исследуемого напряжения, относительно другого напряжения известной частоты. Для этого исследуемое напряжение подают на одну пару отклоняющих пластин, а на другую пару подают известное напряжение от генератора стандартных частот. Изменяя частоту генератора, получают какую либо фигуру и по ней определяют частоту и угол сдвига фаз исследуемого напряжения, так как каждая фигура соответствует конкретному отношению частот и углу сдвига фаз.

УСИЛИТЕЛИ

Для повышения чувствительности электронные осциллографы обычно имеют два усилителя. Один усиливает исследуемое напряжение. Так как это напряжение подается на пластины, смещающие луч в вертикальном направлении, то этот усилитель называется вертикальным усилителем. Второй усилитель усиливает напряжение, подаваемое на «горизонтальные» пластины» и называется горизонтальным усилителем.

БЛОК ПИТАНИЯ

Для работы электронно-лучевой трубки требуется довольно высокое постоянное напряжение. Кроме того, постоянное напряжение необходимо для работы усилителей и генератора развертки, а низковольтное переменное необходимо для питания нити накала ЭЛТ. Назначение блока питания заключается в обеспечении осциллографа постоянным напряжением требуемой величины.

Блок питания содержит выпрямитель и фильтр для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения. На выходе обычно включается делитель напряжения, с которого снимаются требуемые напряжения.

Напряжение на сетке всегда отрицательно и имеет величину порядка нескольких десятков вольт.

Основные технические характеристики электронно-лучевых осциллографов.

ОСЦИЛЛОГРАФ C1-67

Предназначен для визуального наблюдения формы электрических сигналов и измерения их параметров.

ОБЩИЕ ПАРАМЕТРЫ:

Количество лучей (каналов) ЭЛТ – однолучевой

Диапазон измеряемых напряжений - 28 мВ – 200 В

Диапазон измеряемых интервалов времени - 0,2 мкс – 0,2 с

Полоса пропускания - 0 – 10 МГц

Погрешность измерения амплитуды сигнала - Не более 5 %

Погрешность измерения интервалов времени - Не более 5 %

Ширина линии луча - 0,6 мм

Рабочая площадь экрана по горизонтали - 60 мм

Рабочая площадь экрана по вертикали - 42 мм

ПАРАМЕТРЫ КАНАЛА Y :

Чувствительность - 10 мВ/дел – 20 В/дел

Входное сопротивление канала - 1 Мом

Входная емкость канала - 40 пФ

ПАРАМЕТРЫ КАНАЛА X:

Длительность развертки минимальная - 0,1 мкс/дел

Длительность развертки максимальная - 20 мс/дел

Амплитуда сигналов внешней синхронизации - 0,5 – 20 В

Диапазон частот внешней синхронизации - 5 Гц – 10 МГц

Входное сопротивление осциллографа достаточно велико, а входная емкость достаточно мала, что позволяет пренебречь искажением измеряемого сигнала при его подключении к осциллографу.

 Осциллографы имеют ручки ступенчатого переключения длительности развертки с указанием цены деления сетки (или частота развертки) и ручки коэффициента отклонения по оси У (или коэффициент усиления по вертикали) с ценой деления клетки сетки по вертикали.

Применение электронно-лучевого осциллографа (ЭЛО)

при измерении временных параметров

К временным параметрам следует отнести период колебаний электрических сигналов, скважность прямоугольных импульсов, длительность импульсов. Зная период колебаний можно определить частоту электрических колебаний.

Для их определения необходимо подключить на вход Y осциллографа исследуемый сигнал. Пользуясь ручками переключения длительности развертки по оси Х (влияет на масштаб периода видимого сигнала и устойчивость изображения), ручками коэффициента отклонения по оси У (влияет на масштаб амплитуды видимого изображения на экране), ручками фокусировки (влияет на толщину линии изображения сигнала), ручками яркости (влияет на яркость линии изображения), ручками внутренней или внешней синхронизации изображения (устанавливается изображение неподвижным), добиться устойчивого изображения на экране одного или нескольких периодов колебаний.

Пример измерения периода и частоты гармонических колебаний.

Определив по экрану ЭЛО сколько клеточек NT масштабной сетки помещается в одном периоде Т , и зная цену клеточки (деления) nt по ручке переключения длительности развертки, можем определить длительность периода Т в единицах времени.

Т = NT*nt = 16*20 = 320 мс = 0,320 с;