ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Красноярский государственный технический университет информационно-измерительная техника

Методические указания

Красноярск ИПЦ КГТУ 2006

УДК 389.+681.2(07) Т18

Рецензент

В. И. Пантелеев, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой ЭСиЭТ КГТУ

Т18 Информационно-измерительная техника: метод, указания по лабора­торным работам № 3-5 для студентов укрупненной группы направле­ния подготовки специалистов 140000 - «Энергетика, энергетическое машиностроение и электротехника» (спец. 140203.65, 140204.65, 140205.65, 140211.65, 140604.65, 140605.65, 140606.65) / сост.: Т. И. Танкович, А. С. Амузаде, В. В. Шевченко. - Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2006. - 24 с.

Рекомендовано к изданию Редакционно-издательским советом университета

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Целью преподавания дисциплины является получение студентами зна­ний о современных информационно-измерительных средствах, о принципах их действия и об основных характеристиках. Студенты должны овладеть со­временными практическими навыками в обращении с измерительной аппаратурой.

Лабораторный практикум по дисциплине «Информационно-измерительная техника и электроника» включает в себя 12 лабораторных ра­бот. Задачи, предлагаемые на лабораторных занятиях, могут быть решены только при условии предварительной подготовки. По материалам методиче­ских указаний следует предварительно познакомиться с основными парамет­рами объекта исследования и источника питания, а также с измерительной установкой, с ее техническими параметрами, принципом действия.

В соответствии с каждым этапом задания студенты составляют схемы соединения электрических элементов исследуемого объекта и электроизме­рительных средств. Собранная студентами схема проверяется преподавате­лем, только с его разрешения можно включить источник питания и провести предварительное опробование цепи.

При снятии характеристик объекта исследования недопустимо превы­шать номинальные значения токов и напряжений испытуемого устройства.

Результаты всех измерений сводят в таблицу. Между собой установки отличаются параметрами, что обеспечивает самостоятельность работы каж­дой бригады студентов и многообразие результатов.

© КГТУ, 2006

Печатается в авторской редакции Оформление Н. Н. Вохман

Гигиенический сертификат № 24.49.04.953.П.000338.05.01 от 25.05.2001 г. Подп. в печать 11.12.2006. Формат 60x84/16. Бумага тип. № 1. Офсетная печать. Усл. печ. л. 1,4. Уч.-изд. л. 1,25. Тираж 300 экз. Заказ С 234

Отпечатано в ИПЦ КГТУ 660074, Красноярск, ул. Киренского, 28

Лабораторная работа № 3 Шунты и делители напряжения

Цель работы: ознакомиться с основными способами расширения пре­делов измерения аналоговых амперметров и вольтметров, исследовать влия­ние внутреннего сопротивления приборов на относительную погрешность измерения.

Краткие теоретические сведения

Измерение токов и напряжений в подавляющем большинстве случаев производится посредством аналоговых амперметров и вольтметров. Для этой цели применяют магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинами­ческие, электростатические приборы. Измерительные механизмы (ИМ) ам­перметров и вольтметров принципиально не различаются. В зависимости от назначения прибора (для измерения тока или напряжения) меняется его из­мерительная цепь.

В амперметрах ИМ включается в цепь параллельно с шунтом, в вольтмет­рах ИМ включается последовательно с добавочным резистором, и прибор под­ключается к тем точкам схемы, где необходимо измерять ток или напряжение.

Масштабные измерительные преобразователи предназначены для рас­ширения пределов измерения в заданное число раз. К масштабным измери­тельным преобразователям относятся шунты, делители напряжения, измери­тельные трансформаторы тока и напряжения, измерительные усилители.

Шунты. На рис. 3.1 приведена схема включения измерительного меха­низма с помощью шунта

Если необходимо иметь ток I_п в ИМ прибора меньше в и раз измеряе­мого тока I, то сопротивление шунта будет:

(З.1)

где R_n - сопротивление ИМ прибора, Ом;

n - коэффициент шунтирования величины измеряемого тока,

I= n•I_n (3.2)

Делители напряжения. Для расширения пределов измерения по напря­жению используются добавочные сопротивления, которые включаются после­довательно с ИМ. Они образуют с внутренним сопротивлением ИМ делитель напряжения (рис. 3.2). Если напряжение, необходимое для полного отклоне­ния подвижной части ИМ прибора, равно Un, а измеряемое напряжение

U = m*U_n, (3.3)

то добавочное сопротивление определяется выражением

R_g=R_n(m-1), (3.4)

где R_n — сопротивление ИМ, Ом;

т - коэффициент, показывающий, во сколько раз измеряемое напряжение больше напряжения ИМ.

Рис. 3.1. Схема включения ИМ с шунтом Рис. 3.2. Схема включения ИМ с делителем

напряжения

Шунты и добавочные сопротивления часто используются с магнито­электрическими ИМ. Применение шунтов и добавочных сопротивлений с электромагнитными, электродинамическими, ферродинамическими и элек­тростатическими ИМ нерационально из-за сравнительно большого потребле­ния мощности этими механизмами, что приводит к существенному увеличе­нию размеров шунтов. Кроме того, при включении шунтов на переменном токе возникает дополнительная погрешность от изменения частоты, т.к. при изменении частоты сопротивления шунта и ИМ будут изменяться неодина­ково. Шунты и делители напряжения изготавливаются из манганина. Поэто­му делители напряжения не только расширяют предел измерения, но и уменьшают температурную погрешность вольтметра.

При измерении тока амперметр включается последовательно с источ­ником ЭДС и сопротивлением нагрузки R_н. Если внутреннее сопротивление амперметра R_A, то будет иметь место следующая относительная погрешность при измерении тока:

, (3.5)

где I- действительное значение тока в цепи до включения амперметра, А;

I_x - измеренное значение тока в цепи, А.

Отношение сопротивлений можно заменить отношением мощностей Р_А и Рн, потребляемых соответственно амперметром и нагрузкой цепи:

, (3.6)

Погрешность измерения тем меньше, чем меньше потребляемая прибо­ром мощность Р_А по сравнению с мощностью цепи Р_н, в которой осуществ­ляется измерение. Поэтому амперметр, включаемый последовательно в цепь нагрузки, должен обладать малым сопротивлением, т. е. Р_А ~ 0.

При измерении напряжения вольтметр включают параллельно нагруз­ке. Если внутреннее сопротивление вольтметра R_v , то будет иметь место следующая относительная погрешность измерения напряжения:

, (3.7)

где U - действительное значение напряжения на нагрузке до включения вольтметра, В;

U_x - измеренное значение напряжения на нагрузке, В. Отношение сопротивлений R_H/R_V обратно пропорционально отно­шению мощностей вольтметра R_v и цепи Р_н:

, (3.8)

Мощность, потребляемая вольтметром, должна быть мала, а его внут­реннее сопротивление велико R_v →.

При использовании измерительных приборов в мощных цепях собст­венное потребление мощности измерительными приборами обычно не учи­тывается. В маломощных цепях потребление мощности измерительными приборами должно быть учтено, что делается за счет внесения поправок либо использования электронных приборов. Мощность, потребляемая измери­тельными приборами, колеблется от долей микроватта до нескольких ватт в зависимости от системы и назначения прибора.