Измерение основных электрических величин: напряжения, тока, мощности, энергии
Контрольная работа - Физика
Другие контрольные работы по предмету Физика
Измерение основных электрических величин: напряжения, тока, мощности, энергии
Для измерения тока I в каком-либо элементе электрической цепи последовательно с ним включают измеритель тока - амперметр,
При измерении малых постоянных токов (менее 10-3 А) используют прямые и косвенные методы измерения. В первом случае ток измеряют приборами непосредственной оценки, например магнитоэлектрическими микроамперметрами. Для увеличения чувствительности применяют усилители постоянного тока.
Более точным, но в то же время более сложным способом является косвенное измерение тока, при котором в измерительную цепь включают резистор с известным сопротивлением Ro и на нем измеряют падение напряжения U0 компенсационным методом. Искомый ток находят по формуле I = U0/R0.
Устройства, реализующие компенсационный метод измерения, называют компенсаторами
Рис
напряжение ток энергия электрический
На рисунке показана принципиальная схема измерения напряжения Ux компенсационным методом. В верхнем контуре под действием эдс вспомогательного источника питания Eвсп создается рабочий ток Iр. Его значение регулируется резистором Rpeг и устанавливается с использованием нормального элемента Енэ, эдс которого известна с высокой точностью. Регулировкой сопротивления резистора Rpeг добиваются отсутствия тока в нуль-индикаторе НИ (переключатель П в положении 1). В этом случае справедливо равенство
IpRN = Енэ,
где RN - сопротивление образцового резистора.
Поскольку эдс нормального элемента и значение сопротивления RN известны с высокой точностью, то и значение Iр = Eэн/RN получают также с высокой точностью. При положении 2 переключателя П измеряемое напряжение Ux сравнивается с компенсирующим напряжением UK, создаваемым током Iр на компенсирующем резисторе R'K. При отсутствии тока в НИ напряжение Ux уравновешено напряжением UK, т. е.
Ux = UK = IpRK = Eнэ.
Из данного выражения видно, что точность измерения Ux определяется точностью сравнения его с UK, т. е. чувствительностью НИ и неизменностью рабочего тока Iр, т. е. стабильностью EВсп- В свою очередь, точность UK зависит от точности изготовления резистора RK.
Выпускаемые промышленностью компенсаторы имеют следующие классы точности: 0,0005, 0,001; 0,002; 0,005; 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5. Максимальное напряжение, измеряемое компенсатором непосредственно, составляет 2,12111 В.
Измерение постоянного и переменного напряжения
Рис
Схема включения вольтметра с добавочными резисторами Rд приведена на рисунок, б. Сопротивление их определяется из условия RД1,2 = Rv(m1,2 - 1). где RV - внутреннее сопротивление вольтметра; m1,2 = U1,2/UmV - масштабный коэффициент.
? Для измерения постоянных напряжений до нескольких киловольт применяют в основном электростатические вольтметры, реже приборы других систем с делителями напряжения.
Малые переменные напряжения (до единиц вольт) измеряют с помощью приборов выпрямительной системы, аналоговыми и цифровыми электронными вольтметрами. Для измерения переменных напряжений от единиц до сотен вольт в диапазоне частот до десятков килогерц используют приборы электромагнитной, электродинамической и выпрямительной систем. В диапазоне частот до десятков мегагерц напряжение измеряют приборами электростатической и термоэлектрической систем, цифровыми вольтметрами.
Большие значения переменных напряжений (свыше киловольта) измеряют теми же приборами, но с применением измерительных трансформаторов напряжения. Последние кроме преобразования переменного напряжения обеспечивают изоляцию вторичной цепи от первичной, находящейся под высоким напряжением.
Измерение электрической мощности и энергии
Мощность в электрических цепях измеряют прямым и косвенным способами. При прямом измерении используют ваттметры, при косвенном - амперметры и вольтметры.
Измерение мощности в цепях постоянного тока
В цепях постоянного тока для измерения мощности ваттметр применяют относительно редко, в основном используют метод амперметра - вольтметра (рис.). Определив амперметром значение тока I и вольтметром напряжение U, вычисляют мощность по формуле Р = UI.
Для уменьшения погрешности из-за влияния внутренних сопротивлений приборов схему рисунке, а следует использовать при малом сопротивлении R, а схему рисунке, б - при большом сопротивлении R нагрузки.
Рис
Измерение мощности в однофазных цепях переменного тока
Полную мощность S приемника измеряют, как правило, методом амперметра-вольтметра: S=UI, где U и I - действующие значения напряжения и тока.
Активную Р = UI cos ? и реактивную Q = UI sin ? мощности приемников измеряют с помощью ваттметров.
Измерение активной мощности ваттметром в однофазных цепях производят по схеме рисунке, а. Токовую обмотку включают в цепь последовательно с приемником RH (т. е. в цепь тока I), а обмотку напряжения - параллельно приемнику RH на напряжение U.
Реактивную мощность в однофазных цепях измеряют только в лабораториях при проведении каких-либо исследований включением обычных ваттметров по специальным схемам.
Рис
Измерение мощности в трехфазных цепях
Полная мощность приемника при симметричной нагрузке может быть измерена методом амперметра-вольтметра и вычислена по формуле
S = UI,
<