Лабораторная установка (измерительная система) №2. Измерение сопротивлений приборами непосредственной оценки (стр. 3 )

Если положение переключателя S менять с частотой fx, то среднее значение тока в измерительном механизме будет

. (8.6)

Здесь i – ток разряда конденсатора.

Рис 8.3. Конденсаторный частотомер: а) принцип действия; б) функциональная схема; ИМ – измерительный механизм

В электронном частотомере роль переключателя S выполняют ламповые или транзисторные ключи. С помощью формирователя импульсов ФИ (см. рис.8.3,б) входное напряжение Ufx преобразуется в прямоугольные импульсы постоянной амплитуды той же частоты. Пока импульс существует конденсатор С заряжается через диод VD1, а в промежутке между импульсами разряжается через диод VD2 и измерительный механизм ИМ. Отклонение указателя ИМ будет пропорционально измеряемой частоте fx.

Основные технические характеристики конденсаторного частотомера ИЧ-6 следующие: Диапазон измерения частоты – от 10-2 до 2×102 кГц, перекрывается 11-ю поддиапазонами. Предел допускаемой основной погрешности ±(1.5-2)%. Входное напряжение от 1 до 200 В.

Измерительный генератор низких частот Г3-109.

Измерительный генератор импульсных сигналов Г5-54.

Технические характеристики этих приборов изложены в работе №4.

Порядок выполнения работы

Подготовить к работе цифровой частотомер Ч3-35А: все аттенюаторы частотомера в блоках А, В, Г поставить в положение 1:10, т. к. напряжения сигналов, используемых в лабораторной работе, больше 1.5 В, но меньше 10 В; переключатель Метки времени установить на отметку А; тумблер установить в положение (автоматический запуск); переключатель Время измерения (Множитель периода) установить на отметку 1s; переключатель Род работы установить в положение Частота А; переключатель установить на отметку ~; включить прибор на прогрев, установив тумблеры СЕТЬ и БГК в верхние положения.

Подготовить к работе электронный частотомер ИЧ-6: переключатели Пределы измерения и Операции установить в положение 10 кГц; ручку Установка 10 кГц повернуть влево до отказа; включить частотомер на прогрев.

Подготовить к работе генератор Г3-109: регулятор выходного напряжения установить в крайнее левое положение; переключатель Нагрузка W установить в положение 600; переключателем аттенюатора установить предел 5 В; переключатель Множитель частоты установить на отметку 1; ручкой «a, делен.» установить диск на отметку 1; включить генератор на прогрев.

Подготовить к работе генератор Г5-54: нажать кнопки Запуск, *0.3, а также кнопку (в правом верхнем углу Г5-54); переключатель Синхроимпульсы установить в положение , ручку Ампл. синхроимпульсов установить в среднее положение; установить кнопками и шкальными устройствами заданные частоту повторения, временной сдвиг, длительность (при этом D и t не должны превышать половины периода Т); ручку Ампл. (амплитуда основных импульсов, справа) повернуть влево до отказа; включить генератор на прогрев.

Проведите калибровку частотомера ИЧ-6: плавно поворачивая ручку Установка 10 кГц, установите стрелку индикатора ИЧ-6 на отметку 50; переведите переключатель Операции в положение Вход; переключателем Пределы измерения установите заданный преподавателем предел измерения.

8.1. Провести поверку частотомера ИЧ-6. Соедините кабелями (соблюдая полярность) вход частотомера ИЧ-6 и вход канала А частотомера Ч3-35А с левыми клеммами Выхода 2 генератора Г3-109.

Плавно поворачивая регулятор выходного напряжения Г3-109, установите значение напряжения U = 3 В.

Ручкой Время индикации частотомера Ч3-35А установите удобное для отсчета показаний время индикации. Необходимая для дальнейших измерений точность обеспечивается переводом переключателя ВРЕМЯ ИЗМЕРЕНИЯ в соответствующее положение.

Плавно увеличивая частоту измерительного генератора Г3-109 (переключателем Множитель частоты и ручкой «a, делен.»), подвести стрелку ИЧ-6 к первой цифровой отметке шкалы, не переходя за нее.

Показания частотомеров ИЧ-6 и Ч3-35А занести в таблицу 8.1. Показания Ч3-35А заносятся в графу «Ход вверх» (fвв).

Внимание! Так как частотомер ИЧ-6 многопредельный, то при считывании его показаний студенты часто допускают ошибки. Если Вы не уверены в правильности считывания показаний ИЧ-6, обратитесь за помощью к преподавателю.

Повторите измерения для следующих делений шкалы ИЧ-6, обозначенных цифрами. Обратите внимание, напряжение на выходе генератора Г3-109 должно быть 3 В.

После проведения измерений на конечной отметке ИЧ-6, плавно увеличивая частоту, немного перейдите за отметку вправо. Проведите измерения на тех же отметках ИЧ-6, но подводя стрелку к отметке справа, не переходя за нее. Показания Ч3-35А заносятся в таблицу 8.1 в графу «Ход вниз» (fвн).

Таблица 8.1

Поверка частотомера ИЧ-6

Пока- зания ИЧ-6 fx, Гц	Показания часто- томера Ч3-35А, Гц	Погрешность	Вари- ация Dвар, Гц	По- прав- ка -D, Гц	При- меча- ние
абсо- лютная D, Гц	отно- ситель- ная d, %	приве- денная g, %
ход вверх fвв	ход вниз fвн	сред- нее fд

Закончив поверку, покажите результаты преподавателю, после чего на ИЧ-6 установите предел измерения 200 кГц и отключите частотомер ИЧ-6.

Для каждой цифровой отметки шкалы ИЧ-6 определить действительное значение измеряемой частоты как среднее арифметическое показаний Ч3-35А fвв (ход вверх) и fвн (ход вниз), т. е.

fд = (fвв + fвн)/

Определить абсолютную, относительную и приведенную погрешности по уравнениям, аналогичным (7.12, 7.15, 7.13).

По наибольшему значению приведенной погрешности сделать заключение о соответствии ИЧ-6 своему классу точности. В графе «Примечание» таблицы 8.1 указать нормирующее значение и класс точности поверяемого прибора.

Определить погрешность вариации ИЧ-6 для каждой цифровой отметки как разность показаний Ч3-35А fвв и fвн:

Dвар = ôfвв - fвнô. (8.8)

Вычислить поправки к показаниям ИЧ-6, равные абсолютным погрешностям с противоположным знаком. Построить график поправок - D = F1(fх). Результаты всех вычислений занести в таблицу 8.1.

8.2. Провести градуировку генератора Г3-109. На генераторе Г3-109 переключатель Множитель частоты установить в заданное преподавателем положение. Ручкой «a, делен.» установить диск на первую цифровую отметку (1), не переходя за нее. Напряжение на выходе генератора поддерживать, как и прежде, равным 3 В.

Положение диска Г3-109 и показания цифрового частотомера Ч3-35А занести в таблицу 8.2. Повторить измерения для следующих делений диска Г3-109, обозначенных цифрами.

Таблица 8.2

Градуировка генератора Г3-109

Установлено на генераторе	Измерено частотомером Ч3-35А f, Гц
Множитель	a, делен.

Закончив градуировку, регулятор выходного напряжения Г3-109 повернуть влево до отказа. Отключить Г3-109. Построить график зависимости a = F2(f) .

Лабораторная установка (измерительная система) №9

Испытание магнитных материалов

Цель работы: Определить динамические характеристики ферромагнитных материалов осциллографическим способом.

Расчетные зависимости

Схема лабораторной установки для определения динамических характеристик ферромагнитных материалов осциллографическим способом приведена на рис.9.1.

Рис.9.1. Определение динамических характеристик

ферромагнитных материалов осциллографическим способом

На вход канала У подается напряжение Uу, пропорциональное мгновенному значению индукции В в материале образца:

Uу = - W2×S×Bt/(R2×C). (9.1)

Здесь Uу – мгновенное значение напряжения на входе канала У осциллографа, В; W2 – число витков измерительной катушки (W2=125); S – площадь поперечного сечения образца (S=4×6×10-6 м2); R2 = 10 кОм; С=2×10-6 Ф; Вt [Тл] (Тесла).

На вход канала Х подается напряжение Ux, пропорциональное мгновенному значению напряженности намагничивающего поля:

Ux = R1×lср×Ht/W1. (9.2)

Здесь Ux – мгновенное значение напряжения на входе канала X, В; W1 – число витков намагничивающей обмотки (W1=50); lср = p×dср; dср – средний диаметр образца, dср=21×10-3м; R1=1 Ом; Ht [А/м].

Значения напряжений Ux и Uу определяются по отклонению светящейся точки на экране осциллографа

Ux = mx×lx; Uу = my×ly. (9.3)

Здесь my, mx – коэффициенты отклонения каналов У и Х осциллографа (в лабораторной работе my = mx = 0.5×0.1 В/см); ly, lx – удаление светящейся точки от начала координат [см].

Подставляя (9.3) в (9.2), получим

Ht = MH×lx ; Bt = MB×ly. (9.4)

Здесь MH = mx×W1/(R1×lср) – масштаб по оси H; MB = my×R2×C/(W2×S) – масштаб по оси B.

По полученной динамической петле можно подсчитать удельные потери в материале

P = SП×MH×MB×F/g. (9.5)

Здесь SП – площадь динамической петли, см2; g – плотность материала сердечника, g = 7.8×103 кг/м; F – частота, Гц; Р [Вт/кг].

Для разделения потерь на гистерезис и вихревые токи необходимо измерить потери Р1 и Р2 (по формуле 9.5) при одном и том же значении индукции (Bm = const), в лабораторной работе поддерживается постоянным напряжение Uу = 100 мВ для двух частот F1 и F2. Решив систему уравнений

Р1 = a×F1 + b×F12;

Р2 = a×F2 + b×F22, (9.6)

можно определить a и b, а следовательно, и составляющие потерь на гистерезис

Рг = a×F (9.7)

и вихревые токи

Рв = b×F2. (9.8)

Магнитная проницаемость m подсчитывается по формуле

m = Bt/(mo×Ht). (9.9)

Здесь mo - магнитная постоянная, mo = 1.256×10-6 Гн/м.

Приборы и оборудование

В работе используются: измерительный генератор низких частот Г3‑109, универсальный осциллограф С1‑76, вольтметр В3‑38, образцовый резистор R1 = 1 Ом, резистор R2 = 10 кОм, конденсатор С = 2 мкФ, образец магнитного материала (сталь Э44) кольцо: высота h = 6 мм, внешний диаметр D = 25 мм, внутренний диаметр d = 17 мм, W1 = 50, W2 = 125.

Генератор Г3-109: диапазон частот от 20 Гц до 200 кГц перекрывается при помощи четырех поддиапазонов. Погрешность генератора на частоте F составляет ±(2+50/F)%. Нелинейные искажения не превышают 2%. Напряжение на выходе аттенюатора контролируется стрелочным прибором. Основная приведенная погрешность установки выходного напряжения на гнезде «Выход 2» не превышает 4%.

Осциллограф С1-76: рабочая часть экрана по горизонтали 100 мм, по вертикали 60 мм. Диапазон значений коэффициентов отклонения канала У: от 0.2 мВ/см до 20 В/см. Предел допускаемой погрешности измерения амплитуд импульсных сигналов длительностью не менее 2 мкс и гармонических сигналов в диапазоне частот от 0 до 200 Гц при коэффициентах отклонения 0.5 мВ/см и выше (при размере изображения по вертикали от 24 до 60 мм) не более ±10%. Диапазон значений коэффициентов развертки: от 1 мкс/см до 5 с/см. Предел допускаемой погрешности измерения временных интервалов в диапазоне от 2 мкс до 50 с в рабочей части развертки не более ±10%, при использовании растяжки – не более ±15%.

Калибратор амплитуды и длительности обеспечивает калиброванное напряжение (типа меандр) амплитудой 100 мВ, частотой следования 2 кГц и выдает постоянное напряжение 100 мВ положительной полярности. Основная погрешность амплитуды и частоты следования импульсов калибратора не более ±1%.

Вольтметр В3-38: пределы измерения – от 100 мкВ до 300 В, рабочий диапазон частот от 20 Гц до 5 МГц, основная погрешность 2.5% на пределах 1-300 мВ и 4% на пределах 1-300 В в диапазоне частот от 45 Гц до 1 МГц, в остальной части диапазона частот 6%.

Порядок выполнения работы

Собрать схему рис.9.1, для чего соединить кабелями (соблюдая полярность) вход Х осциллографа с гнездами Ux, вход У осциллографа и вход вольтметра – с гнездами Uу лабораторной установки. Напряжение с выхода 2 генератора Г3-109 используется в качестве напряжения питания ~U лабораторной установки.

Подготовить к работе В3-38, для чего переключатель пределов измерения установить на отметку 300 мВ, включить на прогрев.

Подготовить к работе генератор Г3-109: регулятор выходного напряжения повернуть против часовой стрелки до отказа, переключатель Нагрузка W установить в положение 5, переключателем аттенюатора установить предел 5 В, переключатель Множитель частоты установить в положение 1, ручкой HZ устанавливается частота от 52 до 140 Гц (по заданию преподавателя), включить на прогрев.

Подготовить к работе осциллограф С1-76: в канале Усилитель нажать кнопку *0.5, переключатель V/см установить в положение 0.1 V, ручки повернуть по часовой стрелке до отказа.

Переключатель = ┴ ~ установить в положение ~ , в канале Синхронизация переключатель Внутр. Внеш. 1:10, 1:1 установить в положение Внеш. 1:1, в канале Развертка переключатель *1,*0.1  X установить в положение  X, включить осциллограф на прогрев.

После прогрева на экране осциллографа должна появиться яркая точка. Если этого не будет, регулировкой ручек ↔ ↕ надо добиться появления точки и установить ее по центру экрана. Ручками  добиться четкости и надлежащей яркости точки.

Внимание! Не следует допускать чрезмерной яркости точки, т. к. это приводит к выгоранию экрана электронно-лучевой трубки.

Плавно поворачивая регулятор выходного напряжения генератора, установите по вольтметру напряжение 100 мВ. На экране осциллографа будет изображение петли гистерезиса.

9.1. Размагнитить исследуемый образец, для чего плавно поворачивая против часовой стрелки регулятор выходного напряжения генератора, сбросить напряжение до нуля. Переключатель Нагрузка W установить в положение АТТ. Ручками ↕ ↔ осциллографа совместить яркую точку с пересечением осей координатной сетки. Переключатель Г3-109 Нагрузка W установить в положение 5. Плавно поворачивая регулятор выходного напряжения генератора, установите показания вольтметра 100 мВ. Скопировать осциллограмму на кальку, отметив на ней оси координат, а также установленное на генераторе значение частоты. Постепенно уменьшая напряжение на выходе генератора, отметить на кальке не менее десяти точек координат вершин петель гистерезиса.

9.2. Установите на генераторе новое значение частоты F2 (по заданию преподавателя). Плавно поворачивая регулятор выходного напряжения генератора, установите показания вольтметра 100 мВ. Скопировать осциллограмму на кальку (указав оси координат и F2).

Отключите генератор, осциллограф и вольтметр.

9.3. На основе измерений по п.9.1 построить динамическую кривую намагничивания Bm = f1(Hm). Используя уравнение 9.9, построить зависимость m = f2(H).

9.4. На основе измерений по п.9.1, 9.2 (для Uу = 100 мВ) вычислить потери на гистерезис и вихревые токи. Определить Bm, Hm, Br, Hc, используя сведения о магнитных материалах и их характеристиках [6]. Вычислить амплитудную магнитную проницаемость

mп = Bm/(mо×Hm). (9.10)

Результаты вычислений занести в таблицу 9.1.

Таблица 9.1

Динамические характеристики материалов

F Гц	Sп см2	P Вт/кг	Bm Тл	Hm А/м	Br Тл	Hc А/м	mп	Pг Вт/кг	Pв Вт/кг

Лабораторная установка (измерительная система) №11

Поверка однофазного индукционного счетчика

Цель работы: ознакомиться с методами измерения мощности и энергии в цепях переменного тока. Изучить конструкцию индукционного однофазного счетчика электрической энергии, провести его поверку.

Приборы и оборудование

Электродинамический ваттметр. Однофазный индукционный счетчик. Электромагнитные амперметр, вольтметр, миллиамперметр, частотомер. Реле времени со световым индикатором. Лабораторные автотрансформаторы (2 шт.). Разделительные трансформаторы (2 шт.). Переключатели.

Расчетные зависимости

Чтобы найти значение мощности, измеренное ваттметром, необходимо число делений, указываемое стрелкой, умножить на цену деления Ц (в ваттах на деление):

Ц = Uп×Iп/am. (11.1)

Здесь Uп, Iп – пределы измерения по напряжению и току, на которые включен ваттметр; am – полное число делений шкалы ваттметра.

Энергия W, Вт×с, измеренная индукционным счетчиком, определяется из выражения:

W = Kн×N. (11.2)

Здесь Kн – номинальная постоянная счетчика, [Вт×с/об]; N – число оборотов диска счетчика за время измерения.

Отсчет энергии производится по показаниям счетного механизма. Единице электрической энергии (обычно 1 кВт×ч), регистрируемой счетным механизмом, соответствует определенное число оборотов диска. Это соотношение, называемое передаточным числом счетчика А, указывается на шкале прибора. Номинальная постоянная Kн – величина, обратная передаточному числу:

Kн = 1/А. (11.3)

Например. на шкале счетчика указано: 1 кВт×ч = 2400 об. диска, т. е. W = 1 кВт×ч = 1000×3600 = 3600000 Вт×c; N = 2400 оборотов, тогда Kн = = 3600000/2400 = 1500 [Вт×с/об].

Под действительной постоянной Кд понимается количество энергии, действительно израсходованной в цепи за один оборот диска. Эта энергия может быть измерена образцовыми приборами, например, ваттметром и секундомером:

Кд = P×t/N. (11.4)

Здесь Кд – действительная постоянная счетчика, Вт×с/об; P – показания ваттметра, Вт; t – время, за которое учитывались обороты диска, с; N – количество оборотов диска счетчика за время t, об.

Допускаемая относительная погрешность счетчика (%) определяется по формуле

d = [(W - Wд)/Wд] ×100 = [(Kн - Kд)/Kд] ×1

Здесь W – энергия, измеренная счетчиком; Wд – действительное значение энергии, израсходованной в цепи.

Порог чувствительности счетчика Sп, %

Sп = (Imin/Iн) ×1

Здесь Imin – минимальное значение тока, при котором диск счетчика начинает безостановочно вращаться; Iн – номинальное для счетчика значение нагрузочного тока (указано на шкале счетчика).

Порядок выполнения работы

Подготовить лабораторный стенд (рис.11.1) к работе. Ручки регуляторов тока (слева) и напряжения (справа) повернуть против часовой стрелки до отказа.

Рис.11.1. Схема поверки однофазного индукционного счетчика:

PJ – индукционный счетчик; PW – ваттметр; V – вольтметр;

H – нагрузка; A – амперметр; mA – миллиамперметр

Записать показания индукционного счетчика. Переключатель пределов измерения миллиамперметра установить на отметку 100 мА. Переключатель пределов измерения напряжения ваттметра установить на отметку 300 В (в левом секторе). Предел измерения тока ваттметра установлен 5 А.

Переключатель SA1 установить в положение ОТКЛ. Включить напряжение питания стенда, повернув ручку SA2 по часовой стрелке до фиксированного положения 1. Плавно поворачивая ручку регулятора напряжения (справа), установить по вольтметру напряжение 220 В.

Плавно поворачивая ручку регулятора тока (слева), установить по амперметру ток 5 А. При этом ваттметр должен показать мощность, потребляемую нагрузкой (примерно 1100 Вт), а диск счетчика должен вращаться в направлении, указанном на его шкале. Прогреть установку в течение 10-15 минут при I = 5 A и U = 220 В.

11.1. Определить погрешность счетчика при cos (j) = 1 и токах нагрузки 2, 3, 4, 5 А, для чего с помощью регулятора напряжения установить по вольтметру напряжение 220 В. С помощью регулятора тока установить по амперметру первое значение тока нагрузки. При появлении красной метки диска счетчика включить реле времени выключателем SA1 и посчитать количество оборотов N диска за время t = 3 минуты. Через 3 минуты реле времени отключит счетчик, и диск остановится.

Число оборотов N диска, а также показания амперметра I, вольтметра U, ваттметра P занести в таблицу 11.1. В графе «Примечание» указать значение cos (j). Переключатель SA1 установить в положение ОТКЛ. Повторить измерения для следующих значений тока нагрузки.

Таблица 11.1

Поверка индукционного счетчика

Измерено	Вычислено	Примечание
U, В	I, А	P, Вт	t, с	N, об.	Кн, Вт×c/об	Кд, Вт×c/об	d, %

11.2. Проверить счетчик на отсутствие самохода, для чего переключатель SA1 установить в положение ОТКЛ. Ручку регулятора тока повернуть против часовой стрелки до отказа. Ручку переключателя SA2 установить в положение «2». С помощью регулятора напряжения установить по вольтметру 240 В (110% Uном). Диск счетчика, совершив не более 1 оборота, должен остановиться. Это означает, что самоход у счетчика отсутствует. Если же диск вращается, то у счетчика есть самоход и он непригоден для применения.