- •Тема 1.1 Вступ. Метрологія - наука про вимірювання Основні поняття про фізичні величини та їх вимірювання
- •1. Метрологія як наука про вимірювання
- •2 . Поняття фізичної величини
- •3. Вимірювання фізичної величини
- •4. Прямі і непрямі вимірювання
- •5. Сигнали вимірювальної інформації
- •6. Основи метрологічного забезпечення
- •7. Повірка. Класифікація повірок
- •8. Основи стандартизації
- •Контрольні запитання:
- •Тема 1.2 Похибки вимірювань. Обробка результатів вимірів
- •1. Основні поняття та особливості
- •2. Класифікація похибок
- •2.1 За причиною виникнення
- •2.2 За способом вираження
- •2.3 За залежністю від вимірюваної величини
- •2.4 За характером зміни
- •2.5 За умовами вимірювання
- •2.6 За режимом вимірювання
- •3. . Підвищення точності засобів вимірювання
- •Контрольні запитання:
- •Тема 1.3 Засоби вимірювання
- •Основні положення.
- •1. Основні положення
- •2. Засоби вимірювання, за допомогою яких здійснюють операції вимірювання
- •3. Засоби вимірювання, за допомогою яких здійснюють процедуру вимірювання
- •4. Основні метрологічні характеристики і класи точності засобів вимірювання
- •Контрольні запитання:
- •Тема 2.1 Вимірювання струмів і напруг
- •1. Загальні поняття
- •2. Вимірювання струмів і напруг приладами прямої дії
- •3. Схеми увімкнення амперметрів і вольтметрів. Методична похибка при вимірюванні струму і напруги
- •4. Електронні аналогові та цифрові вольтметри та амперметри
- •5. Вимірювання струмів і напруг компенсаторами (потенціометрами) постійного та змінного струмів
- •6. Міри електричних величин
- •7. Електромеханічні вимірювальні перетворювачі
- •8. Вимірювальні трансформатори струму і напруги
- •Контрольні запитання:
- •Тема 2.2 Масштабні вимірювальні перетворювачі струму і напруги
- •1. Застосування вимірювальних перетворювачів роду фізичної величини
- •2. Шунти
- •3. Додаткові опори
- •4. Подільники напруги
- •Контрольні запитання:
- •Тема2.3 Вимірювання електричної потужності і енергії
- •1. Основні поняття
- •2. Вимірювання електричної потужності прямими методами
- •3 Опосередковане вимірювання потужності
- •4. Вимірювання потужності у трифазних електричних колах Вимірювання активної потужності у трифазних електричних колах
- •Вимірювання реактивної потужності у трифазних електричних колах
- •Контрольні запитання:
- •Тема 2.4 Вимірювання частоти, інтервалів часу, фази
- •1. Електромеханічні частотоміри
- •2. Цифрові методи вимірювання частоти, періоду, інтервалів часу
- •3. Вимірювання різниці фаз
- •Контрольні запитання:
- •Тема 2.5 Цифрові вимірювальні прилади
- •1. Основні поняття
- •2. Інформаційні процедури цифрових вимірювальних приладів
- •3. Аналого-цифрові та цифро-аналогові перетворювачі
- •Контрольні запитання:
- •Тема 3.1 Вимірювальні генератори
- •1. Визначення і класифікація
- •2. Основні характеристики
- •3. Генератори синусоїдального струму
- •4. Генератори імпульсних сигналів
- •5. Універсальні генератори
- •Контрольні запитання:
- •Тема 3.2 Електронні осцилографи
- •1. Призначення осцилографа
- •2. Будова осцилографа
- •3. Параметри осцилографа
- •Контрольні запитання:
- •Тема 3.3 Вимірювальні підсилювачі
- •1. Вимірювальні підсилювачі
- •2. Принцип роботи
- •4. Операційний підсилювач
- •Контрольні запитання:
- •Тема 3.4 Вимірювання параметрів електротехнічних і радіотехнічних пристроїв
- •1. Характеристика основних параметрів електротехнічних пристроїв
- •2. Міри електричного опору, ємності, індуктивності, взаємної індуктивності
- •3. Вимірювання електричного опору
- •3.1 Вимірювання опорів за допомогою магнітоелектричного вимірювального механізму
- •3.2 Вимірювання опорів за допомогою одинарних мостів постійного струму
- •3.3 Вимірювання опорів методом заміщення
- •3.4 Опосередковані вимірювання опору
- •4. Вимірювання електричного опору, ємності, індуктивності мостами змінного струму
- •Контрольні запитання:
3 Опосередковане вимірювання потужності
Потужність можна вимірювати опосередковано — за допомогою амперметра і вольтметра в колах постійного струму і амперметра, вольтметра і фазометра в колах однофазного синусоїдного струму. Результат опосередкованого вимірювання обчислюють за показами І амперметра та U вольтметра за формулою P= UІ.
На рисунку 5 наведено дві схеми увімкнення амперметра і вольтметра для опосередкованого вимірювання потужності споживача постійного струму.
Рис. 5
Методична похибка взаємодії становить
для схеми (а):
для схеми (б):
де РА, РV – потужність, що споживається, відповідно, нерухомою і рухомою котушками;
РН – потужність споживача енергії.
Схему на рисунку 5, а доцільно застосовувати для вимірювання потужності високоомного споживача, а схему на рисунку 5, б — низькоомного.
Для вимірювання потужності методом трьох амперметрів паралельно зі споживачем вмикають безреактивний реостат (рис. 6, а) і вимірюють амперметрами струм споживача їх, струм у вітці реостата Ir і струм у нерозгалуженій частині кола І. Згідно з векторною діаграмою (рис. 6, б), косинус кута зсуву фаз між напругою і струмом визначається за теоремою косинусів:
Рис. 6
Підставивши значення cos φ і U=IrR у вираз для потужності, отримаємо:
Для вимірювання потужності методом трьох вольтметрів послідовно зі споживачем вмикають безреактивний додатковий резистор (рис. 7, а) і вимірюють вольтметрами напругу на споживачеві Ux, напругу на резисторі Ur і сумарну напругу U (на резисторі і споживачеві).
Рис. 7
Згідно з векторною діаграмою (рис. 7, б) косинус кута зсуву фаз між напругою і струмом визначається за теоремою косинусів:
Підставивши значення cos φ і I=Ur/R у вираз для потужності, дістанемо:
4. Вимірювання потужності у трифазних електричних колах Вимірювання активної потужності у трифазних електричних колах
Майже вся, за деякими винятками, електрична енергія, що виробляється у світі, надходить до споживачів через трифазні системи електропостачання, тому вимірювання електричної енергії і потужності у трифазних колах має винятково важливе значення.
Споживачі у трифазних колах можуть бути з'єднані:
зіркою без нульового проводу (рис. 8, а);
зіркою з нульовим проводом (рис. 8, б);
трикутником (рис. 8, в)
На рисунку позначено:
— лінійні напруги;
— фазні напруги;
— лінійні струми;
— фазні струми;
ІN— струм нейтральному проводі.
Якщо комплексні опори споживачів, з'єднаних зіркою, або споживачів, з'єднаних трикутником однакові:
(1)
то споживачі називаються симетричними, а якщо рівності (1) не виконуються, то споживачі називаються несиметричними.
Рис. 8
Потужність трифазного споживача дорівнює сумі потужностей усіх трьох фаз:
для споживачів, з'єднаних зіркою
P=Pa+ Pb + Pc=UaIacosφa+ UbIbcosφb +UcIccosφc (2)
для споживачів, з'єднаних трикутником
P=Pab+ Pbc + Pca=UabIabcosφab+ UbcIbccosφbc +UcaIcacosφca (3)
У трифазних мережах активну потужність вимірюють одним, двома або трьома вимірювальними приладами.
Активну потужність трифазного несиметричного споживача, який живиться від чотирипровідної мережі, вимірюють трьома ватметрами, увімкненими за схемою, наведеною на рисунку 9.
Рис. 9
Кожен з ватметрів вимірює активну потужність однієї фази, тому активна потужність трифазного споживача дорівнює сумі показів ватметрів:
P=UАIАcosφА+ UВIВcosφВ +UСIСcosφС =Pw1+Pw2 +Pw3 (4)
Якщо трифазний споживач живиться від трипровідної мережі (рис. 10), то виконують штучну нульову точку, увімкнувши три додаткових резистора R1, R2, R3, які з'єднані разом з паралельними вітками ватметрів, що мають опори Ra, Rв, Rc, симетричною зіркою: R1+Ra=R2+Rb=R3+Rc. Активна потужність такого трифазного споживача дорівнює сумі показів ватметрів і обчислюється за формулою (4).
Якщо трифазний споживач симетричний, тобто повні опори і співвідношення реактивного і активного опорів усіх трьох фаз однакові, то активну потужність такого споживача можна визначити за показами одного ватметра, увімкненого у будь-яку фазу трифазної чотирипровідної системи (рис. 10). Покази ватметра, увімкненого за схемою, наведеною на рисунку, дорівнюють
(5)
Рис. 3
Рис. 10
Потужність симетричного трифазного споживача, з'єднаного зіркою, що живиться від чотирипровідної мережі, становитиме:
РW=РА+Рв+Рс=UАIАcosφА+ UВIВcosφВ +UСIСcosφС = 3UФIФcosφФ=3 РW (6)
Таким чином, виміривши потужність одним ватметром у будь-якій з трьох фаз, активну потужність трифазного симетричного споживача визначаємо, збільшивши покази ватметра втричі.
Рис.11
Якщо трифазний споживач живиться від трипровідної мережі (рис. 11), то виконують штучну нульову точку, увімкнувши три додаткових резистори R1, R2, R3, з'єднаних симетричною зіркою, де R1+RV=R2=R3 (RV — опір паралельної вітки ватметра). Як і у попередньому випадку, активна потужність симетричного споживача визначається через покази ватметра Pw за формулою
РW= 3UФIФcosφФ=3 РW (7)
Вимірювання потужності одним, двома або трьома приладами застосовується в основному в лабораторних умовах. У промислових умовах застосовуються трифазні ватметри і лічильники, у яких в одному приладі об'єднано на одній осі два або три однофазні вимірювальні механізми.