Чувствительность приборов

Под чувствительностью приборов понимают число делений шкалы, приходящееся на единицу измеряемой величины. Чувствительность вольтметра, амперметра и ваттметра может быть определена следующим образом:

S _U = N / U _ном = 1/С _U дел/В (делений на вольт);

S _I = N / I _ном= 1/С _I дел/А (делений на ампер);

= 1/С _P = 1/5 = 0,2 дел/Вт (делений на ватт).

3 Контрольное задание №1

Цель работы: Изучить назначение и возможности использования различных измерительных приборов в цепях постоянного тока, выбирать метод измерения и определять погрешность измерения, определять степень влияния измерительных приборов на параметры измеряемой цепи и основные погрешности при измерении электрических величин.

Задание:

1. В электрическую цепь, согласно варианту, таблица 3-1, включить приборы для измерения тока, напряжения мощности.

Определить:

- показания приборов с учетом их внутренних сопротивлений;

- абсолютную погрешность измерения, относительную методическую погрешность, наибольшую относительную погрешность результата измерений, среднеквадратичную относительную погрешность, обусловленную: а) классом точности и пределом измерения прибора;

б) внутренним сопротивлением прибора (R_ВТ).

- мощность, потребляемую измерительными приборами.

Схемы к контрольному заданию №1

Рисунок – 3.1	Рисунок – 3.2
Рисунок – 3.3	Рисунок – 3.4

Таблица 1-1 – Варианты заданий к контрольному заданию №3

№ варианта	U,В	R1, Ом	R2, Ом	R3, Ом	R4, Ом	R5, Ом	Rv,Ом	RА, Ом	Rw1, Ом	Rw2, Ом	gA, %	gV, %	gW, %	UН, В	IН, А	UНW, В	IНW, А	№ рис.
		**		*		***						1,5	0,5		0,5		0,5	3.1
		*	***		**												1,5	3.2
		**	*	***							0,5		0,5		1,5			3.3
			**	*	***						1,5							3.4
		*	**		***						0,5				0,5		0,5	3.1
		**	***			*						0,5	1,5					3.2
		***	**		*						0,5	0,5	0,5					3.3
			***	**		*					0,5		0,5		0,5		0,5	3.4
		***	*			**					1,5							3.1
		**	***		*								1,5					3.2
		***	**			*						0,5						3.3
		*		**		***						0,5			0,5		0,2	3.4
			**		*	***					0,2	0,5	0,5					3.1

Продолжение таблицы 1-1

№ варианта

U,В

R1, Ом

R2, Ом

R3, Ом

R4, Ом

R5, Ом

Rv,Ом

RА, Ом

Rw1, Ом

Rw2, Ом

gA, %

gV, %

gW, %

UН, В

IН, А

UНW, В

IНW, А

№ сх., рис.

***

**

*

0,5

0,5

3.2

**

***

*

0,5

0,5

3.3

**

***

*

0,5

0,5

0,5

3.4

***

*

**

1,5

1,5

1,5

3.1

***

**

*

3.2

**

***

*

1,5

3.3

**

*

***

0,5

0,5

1,5

3.4

***

*

**

0,5

0,5

3.1

*

**

***

1,5

1,5

3.2

*

**

***

1,5

1,5

0,5

3.3

*

***

**

1,5

3.4

**

***

*

0,5

0,5

3.1

Примечание: (*) - найти напряжение, (**) - найти ток, (***) - найти мощность.

Пример расчета

Включение измерительного прибора в исследуемую электрическую цепь изменяет режим его работы. Это изменение вызывается тем, что работающий прибор потребляет определенную энергию. По известной инструментальной погрешности можно рассчитать погрешности измерений, если учесть методическую погрешность.

1. В электрической цепи, схема которой приведена на рис. 1.3, входное напряжение U = 10 В, сопротивления резисторов R ₁ = 8 Ом, R ₂ = 2 Ом, R ₃ = 4,4 Ом, R ₄ = 4 Ом, R ₅ = 2,6 Ом, измерить ток через R ₅ (I ₅), напряжение на R ₃(U _ac) и мощность на R ₁(P ₁);

Рисунок 1.3 – Расчетная схема

Измерительные приборы имеют следующие параметры:

- Амперметр магнитоэлектрической системы с внутренним сопротивлением R _A = 0,2 Oм, класс точности g_А = 1,0, нормирующее значение шкалы прибора (предел измерения шкалы) I _Н = 5А.

- Вольтметр магнитоэлектрической системы с внутренним сопротивлением R _V = 500 Oм, класс точности g _V = 0,5, предел измерения шкалы U _Н = 10В.

- Ваттметр электродинамической системы имеет:

сопротивление токовой катушки (последовательной цепи) R _W1 = 2 Oм, сопротивление катушки напряжения (параллельной цепи) R _W2 = 500 Ом, класс точности g_W = 1,0,

верхний предел измерения по току I _НW1 = 0,25 А, верхний предел измерения по напряжению U _НW2 = 5 B.

Решение:

1. Находим действительные значения токов, напряжений и мощности (без учета внутренних сопротивлений приборов):

1) Производим расчет эквивалентного сопротивления цепи:

R _1-3 = R _1,2 +R ₃ = 1,6 + 4,4 = 6 Ом;

R _экв = R _1-4 + R ₅ = 2,4 + 2,6 = 5 Oм.

2) Определяем общий тока в цепи и на ее участках:

; ;

;

3)Действительные значения измеряемых величин:

Ток через резистор R ₅ (до включения амперметра) (I ₅):

I ₅ = 2 А;

Напряжение на R ₃ (Uас) (до включения вольтметра):

Uас = R ₃ ·I ₃ = 4,4 · 0,8 = 3,52 B;

Мощность на R ₁ (P ₁) (до включения ваттметра):

P ₁ = I ₁ · Ucd = 0,16 ·1,28 = 0,205 Вт,

где Ucd = R _1,2 · I ₃= 1,6 · 0,8 = 1,28 B – напряжение на резисторе R ₁.

4) Для проверки правильности расчетов токов составим уравнение баланса мощностей цепи:

Мощность источника

Р _г = U· I ₅ = 10·2 = 20 Вт.

Мощность, потребляемая нагрузкой

Погрешность расчета баланса мощности равна

.

Если баланс мощности сходится с допустимой погрешностью, то расчет токов выполнен верно.

2. Расчет цепи с учетом внутренних сопротивлений приборов (после включения приборов)

1) включаем электроизмерительные приборы в исследуемую схему (рис. 1.5 а, б)

Приборы электродинамической системы, в частности ваттметры, имеют две катушки — подвижную и неподвижную.

Неподвижная катушка, выполненная из довольно толстого провода, имеет очень малое внутреннее сопротивление R _W1 и называется последовательной обмоткой. Она включается в цепь последовательно подобно амперметру.

Подвижная катушка, выполненная из очень тонко провода, имеет практически чисто активное сопротивление R _W2 и называется параллельной обмоткой. Ее включают параллельно участку цепи, подобно вольтметру. Жестко скрепленная со стрелкой (указателем), она может вращаться в магнитном поле, создаваемом неподвижной катушкой.

Прибор имеет четыре зажима - от каждой катушки по два. Чтобы правильно включить прибор, конец последовательной (токовой) обмотки прибора, который должен быть соединен с цепью со стороны источника тока, обозначают звездочкой. Звездочкой также маркируют конец параллельной обмотки (обмотки напряжения), который должен быть соединен с токовой обмоткой

а)	б)
Рисунок 1.5 - Схемы включения приборов: а – принципиальная, б – замещения.

1) Расчет эквивалентного сопротивления цепи:

2) Определяем показания приборов

Результат измерения амперметра вольтметра или ваттметра, обозначим Х΄ в отличие от действительного значения измерения обозначаемой Х (без штриха).

показания амперметра:

показания вольтметра: ,

где – ток через эквивалентное сопротивление R _3V.

показания ваттметра: Р _W = I _W1 · U _W2 = 0,129 · 1,016 = 0,131 Вт,

где U _W2 – ток через неподвижную катушку:

U _W2 – напряжение на подвижной катушке:

.