Общие теоретические сведения

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по выполнению лабораторных работ

по дисциплине «Технологические измерения в технических системах»

для студентов, обучающихся по направлениям

220400.62 «Управление в технических системах».

Под редакцией профессора,

к.т.н. В. И. Харитонова.

Москва

Сизов Ю.А., В.И. Харитонов, Ревонченков А.М.

Методические указания по дисциплине «Технологические измерения в технических системах» для студентов, обучающихся по направлению 220400.62 «Управление в технических системах».

стр., МАМИ, 2013г.

В методических указаниях представлена информация, необходимая для орга­низации и выполнения студентами лабораторных работ. Тематика лабо­раторных работ охватывает актуальные вопросы по изучению средств измерений, а также базовых понятий по методам измерений и способам уменьшения погрешностей.

Лабораторная работа № 1

"Компенсаторы постоянного тока"

Цель работы: Знакомство с принципом действия компенсатора, с его электрической схемой и назначением элементов в ней. Экспериментальное измерение постоянных напряжений тока, активного сопротивления.

Аппаратное обеспечение

Минимальные системные требования:

-Intel® Pentium® 4, AMD Athlon 64 или AMD Opteron;

-1 Гб оперативной памяти;

-2 Гб свободного места на жестком диске;

-клавиатура и мышь;

-разрешение экрана 1024 x 768 (768 x 1024 на планшетном ПК);

-DVD-дисковод.

Программное обеспечение

-LabVIEW NI 2010 или более поздняя версия, как среда разработки контрольно-измерительных приложений;

-операционная система Microsoft Windows XP SP3, 7.

Общие теоретические сведения

Компенсаторы применяются для измерения ЭДС, напряжений, для косвенного измерения сопротивлений, токов, мощности и неэлектрических величин, функционально с ними связанных (температура, давление, …).

На рисунке 1 показана электрическая схема компенсатора постоянного тока для измерения ЭДС Ex с ручным управлением.

Рисунок 1- Схема компенсатора постоянного тока

Схема состоит из трех замкнутых контуров. Контур нормального элемента, содержащий нормальный элемент НЭ, образцовые установочные резисторы R_N и гальванометр G, служит для точной установки заданного рабочего тока I_р. Нормальный элемент НЭ используется в качестве меры ЭДС или электрического напряжения постоянного тока. Нормальный элемент НЭ с ЭДС около 1,0186 В сохраняет это напряжение почти неизменным десятки лет. Нормальный элемент НЭ не допускает превышения протекающего через него тока более 1 мкА, а в момент измерения ток не превышает тысячных долей мкА. Нормальные элементы могут иметь классы точности: 0,001, 0,002, 0,005 и 0,02. Числа, обозначающие класс точности, указывают допустимое изменение ЭДС нормально элемента за год, выраженное в %. Нормальные элементы классов точности 0,001, 0,002, 0,005 применяются для особо точных измерений при государственной проверке. Нормальные элементы класса точности 0,02 применяются для технических измерений, например, в переносных и автоматических потенциометрах.

Гальванометр G имеет измерительный элемент магнитоэлектрической системы и характеризуется высокой чувствительностью, точностью, незначительным влиянием на режим замкнутого контура из-за малой мощности потребления, равномерностью шкалы. Гальванометр класса точности до 0,1 используется в схеме в качестве нулевого индикатора. Установочные резисторы R_N1 и R_N2 с общим сопротивлением RN, нормальный элемент НЭ и гальванометр G обеспечивают точную установку заданного значения рабочего тока I_р(указан в паспорте при температуре 20̊ С)

Измерительный контур содержит часть компенсирующих резисторов Rк магазина сопротивлений R_M, гальванометр G и измеряемую ЭДС Ex. Компенсирующие резисторы Rк магазина сопротивлений являются мерами электрического сопротивления и могут иметь классы точности: 0,002, 0,005, 0,01, 0,02, 0,05. Число, обозначающее класс, указывает наибольшее допустимое отклонение сопротивления Rк от номинального значения при температуре 20ºС, выраженное в процентах. Для менее точных технических измерений применяют магазины сопротивлений. В лабораторной установке (рисунок 1) используется магазин сопротивлений R_M класса точности 0,05. Схема фрагмента рычажного (декадного) магазина сопротивлений показана на рисунке 2, где с помощью переключателей П1 и П2 можно получить сопротивление R_K различной величины.

Рисунок 2- Схема рычажного магазина сопротивлений

Набор точно выверенных по значению сопротивлений, соединенных в нужном количестве последовательно друг с другом позволяет получить общее сопротивление R_K, например, от 0,1 Ом до 111111 Ом через 0,1 Ом. Набор резисторов, подключенных к контактам, по которым скользит щетка, жестко скрепленная с рычажным переключателем П, позволяет отсчитывать по положению переключателя величину суммарного сопротивления R_K.

Эта схема обеспечивает компенсирующее сопротивление R_K на участке между точками 3 и 5, где точка 5 является точкой контакта щетки. Резисторы в магазине сопротивлений R_M выполнены в виде катушек из манганина на одно значение сопротивления 10^±n Ом, где n – целое число. Точность изготовления катушек на значения до 10⁶ Ом составляет ±0,0003%.

Рабочий контур (рисунок 1)содержит вспомогательный стабилизированный источник питания Е_всп с напряжением до 2В, регулировочный реостат R_рег, установочные резисторы с общим сопротивлением R_N и магазин сопротивлений R_M. В этом контуре создается рабочий ток I_р, значение которого должно быть стабильным и известным с высокой точностью(значение I_р задается преподавателем).

Измерение Е_х осуществляется в два этапа.

Этап 1: Устанавливают рабочий ток в рабочем контуре. Значение рабочего тока задается в пределах I_p = 10^-4... 10^-3 А. Для этого переключатель SA переводят в положение 1. Реостатом R_рег устанавливают такое значение тока I_p в рабочем контуре, при котором падение напряжения, создаваемое им на сопротивлении R_N, будет равно ЭДС нормального элемента Е_НЭ. При этом гальванометр G покажет отсутствие тока в контуре нормального элемента. В этом случае I_p ∙ R_N= E_НЭ.

Этап 2: Переводят переключатель SA в положение 2.Регулировкой сопротивления R_K добиваются компенсации напряжения Е_х падением напряжения на R_K от тока I_p. При этом гальванометр G покажет отсутствие тока в измерительном контуре. В этом случае I_p ∙ R_К= E_Х.

Так как I_p= E_НЭ/R_N, то Е_Х=Е_НЭ∙R_K/R_N.

Погрешность измерения величины E_X определяется тремя факторами:

-погрешностью установки и поддержания тока I_p;

-погрешностью изготовления и установки сопротивлений R_N,R_K,R_рег;

-чувствительностью гальванометра G.

Дата добавления: 2015-07-11