Методические указания по выполнению контрольных работ для студентов заочного отделения специальности 230106 Техническое обслуживание средств вычислительной техники и компьютерных сетей (базовый уровень)

Вид материала

Содержание

2.4 Измерительные трансформаторы напряжения
Методические указания к решению задач.
Осциллографические методы измерения параметров сигналов.

Подобный материал:

1 2 3

2.4 Измерительные трансформаторы напряжения

Представляет собой измерительный преобразователь, понижающий измеряемое напряжение в заданное число раз. Получаемое низкое напряжение, не превышающее обычно 100 В, подводится к вольтметрам, параллельным цепям ваттметров, счётчиков и других измерительных приборов.

Используя трансформаторы напряжения, с одной стороны, получаем возможность применения низковольтных приборов для измерений в цепях высокого напряжения, а с другой – обеспечиваем безопасность обслуживания высоковольтных установок.

Устройство трансформатора напряжения аналогично устройству силового трансформатора. Трансформатор напряжения состоит из замкнутого магнитопровода, набранного из листовой трансформаторной стали, и двух изолированных обмоток – первичной Л1, Л2 и вторичной И1, И2 с числами витков w1, и w2. Первичная обмотка трансформатора присоединённая к сети с измеряемым напряжением; к зажимам вторичной обмотки подключается соединённые параллельно вольтметры и параллельные цепи других приборов.

Для работы трансформатора напряжения характерно незначительное изменение первичного напряжения и большое сопротивление вторичной внешней цепи; таким образом, он работает в условиях, близких к холостому ходу.

Отношение действительного значения первичного напряжения U₁ к действительному напряжению U₂ называется действительным коэффициентом трансформации трансформатора напряжения k=U₁/U₂. зная этот коэффициент и измерив вторичное напряжение вольтметром, можно определить первичное напряжение U₁=k·U₂.

Однако действительный коэффициент трансформации обычно не известен, так как он зависит от режима работы трансформатора, т.е. от измеряемого напряжения, от значения и характера нагрузки и от частоты переменного тока.

Вследствие этого приближённо измеряемое напряжение U’₁ находят по формуле:

U’₁=k_H·U₂

где k_H=U_H₁/U_H₂ – номинальный коэффициент трансформации, равный отношению номинального первичного напряжения к номинальному вторичному напряжению, даётся заводом изготовителем на щитке трансформатора. Напряжение U_H₂=100 B или 100 В.

Погрешность при измерении напряжения, вызванная применением трансформатора,

г_U=	U'₁–U₁	·100%=	k_H·U₂–k₂·U₂	·100%=	k_H–k	·100%=г_K
	U₁		k·U₂		k

где г_K₌ г_U – погрешность в коэффициенте трансформации или погрешность по напряжению.

Для безопасности обслуживающего персонала один зажим вторичной цепи трансформатора и его металлический корпус всегда заземляются.

Трансформаторы напряжения по точности делятся на классы точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0 и 3,0.

Породу изоляции трансформаторы напряжения делят на сухие (для напряжений до 3 кВ) и трансформаторы с заливкой маслом или изолирующей массой (для напряжения 3 кВ и выше).

Отечественная промышленность, кроме различных типов промышленных трансформаторов, изготовляет лабораторные трансформаторы с несколькими номинальными первичными и вторичными напряжениями.

Методические указания к решению задач.

Ниже приложены необходимые табличные сведения и примеры решения задач.

Примеры решения задач по средствам измерений

и обработке результатов измерений

Задача № 3.1

Мультиметр класса точности 2/1 на диапазоне до 2 мкФ показывает при измерении электрической емкости 0,8 мкФ. Предел допускаемой относи- тельной погрешности прибора равен…

Решение

В задании класс точности выражает относительную погрешность, которая определяется по выражению

где c =2, d = 1, Хк = 2 мкФ, Х= 0,8 мкФ.

Следовательно,

= 2+1(2/0,8-1) =3,5%

Задача № 3.2

При многократном измерении температуры Т в производственном поме- щении получены значения в градусах Цельсия : 20,4; 20,2; 20,0; 20,5; 19,7;

20,3; 20,4; 20,1. Укажите доверительные границы истинного значения температуры с вероятностью Р=0,95 (tр=2,365).

Решение

За результат многократного измерения принимают среднее арифметиче-

ское результатов наблюдений

=20.2

Доверительные границы случайной погрешности результата измерений

=2,365 0,09=0,22⁰ С где ta (N)( tр=2,365)- табулированный коэффициент распределения Стьюдента при доверительной вероятности Р=0,95 и числе измерений N=8; среднее квадратическое отклонение среднего арифметического

х (средняя квадратическая погрешность результата измерений)

Следовательно, Т=20,2±0,2 С, Р=0,95

Задача № 3.3

Сопротивление нагрузки определяется по закону Ома R=U/I. Показания вольтметра U=100 В, амперметра I=2А. Средние квадратические отклоне- ния показаний: вольтметра U =0,5 В, амперметра I=0,05 А. доверитель- ные границы истинного значения сопротивления с вероятностью Р=0,95(tр=1,96) равны…

Решение

При косвенных измерениях, когда известны функция и средние квадратические отклонения погрешностей измерения аргументов, используется зависимость для определения среднего квадратического отклонения по- грешности измерения искомой величины (функции). Доверительный интервал для искомой величины:

где

где k - число измеряемых аргументов,

- частные производные или коэффи- циенты влияния аргументов на искомую величину, σ _Iсредние квадратические отклонения погрешностей измерений соответствующих аргументов, - коэффициент, определяемый по таблице распределения Лап- са в зависимости от заданной доверительной вероятности. Здесь два агрумента U и I. Значение сопротивления равно R=100/2=50 ОМ. Средне квадратическое отклонение погрешности определения сопротивления: t p Доверительные границы

1,275 =±2,499 Ом ≈2,5 Ом. 96 ,1R Следовательно, 47,5 Ом ≤ R ≤52.5 Ом, Р=0,95

Задача № 3.5

Вольтметр показывает 230 В. Среднее квадратическое отклонения показаний

U =2 В. Погрешность от подключения вольтметра в цепь (изменение напряжения) равна -1 В. Истинное значение напряжения с вероятностью Р=0,9544(tр=2) равно…

Решение

Здесь представлен результат однократного прямого измерения с наличием случайной и систематической составляющих погрешности измерения. Сис- тематическая составляющая погрешности постоянна, т.к. указан знак. По- этому сначала нужно ввести в показание поправку q=-

=+1В. Исправленный результат будет равен: U=230+1=231 В. Случайная составляющая погрешности измерения

2=±4 В. 1 S q 2 U p U t Следовательно, U=231± 4 В, Р=0,9544

Задача № 3.6

При измерении электрического сопротивления нагрузки омметр показывает 85 Ом. Среднее квадратическое отклонение показаний

R =1 Ом. Погрешность от подключения омметра в сеть

S= -2Ом. Доверительные границы для истинного значения сопротивления с вероятностью Р=0,9544(tр=2) можно записать…

Решение

В задании указаны 2 составляющие погрешности – постоянная систематическая

S и случайная, выраженная стандартным отклонением

. Постоянную систематическую погрешность можно компенсировать поправкой q=-

S . Доверительный интервал случайной составляющей погрешности измерения

. Следовательно, 85 Ом ≤ R ≤ 89 Ом, Р=0,9544

Задача № 3.7

При выборе средства измерения температуры производственного помещения 20±3 С предел допускаемой погрешности измерения следует принять…

Решение

Предел допуска погрешности измерения рекомендуется принимать 0,1 …0,3 от возможного изменения измеряемой величины (от допуска).

Следовательно, 1,5 С

Задача № 3.9

Определить максимальную абсолютную, относительную, приведѐнную по- грешности и сделать запись результата измерения напряжения аналоговым вольтметром с классом точности 1,5 с пределом 1В для показания 0,87 В.

Решение

Для аналогового вольтметра с классом точности р = 1,5 максимальная аб- солютная погрешность равна (рис.3.1):

где р – класс точности;

XN – нормирующее значение измеряемой величины, равное пределу измерения

Приведѐнная погрешность:

Относительная погрешность:

Следовательно, в соответствии с правилами округления результат измере- ния имеет вид 0,870 0,015 В

Задача 4.2

Определить показание универсального вольтметра с открытым входом при

подаче на его вход переменного напряжения u(t) =8+ 4sin(ω t +φ₁)

Решение

Универсальный вольтметр имеет открытый вход, поэтому постоянная

составляющая U0 = 8 В проходит.

Как видно из таблицы 4.1, универсальный вольтметр откликается на мак-

симальное значение измеряемого переменного напряжения (с учетом посто-

янной составляющей) Uотк=Um и градуируется в среднеквадратических зна-

чениях, т.е. коэффициент градуировки равен С=0,71.

Напряжение, на которое откликается вольтметр Uотк= U0 + Um = 8 +4 = 12 В.

Следовательно. показание универсального вольтметра с открытым входом U

равно

U = C Uотк =0,71 12 =8,52 В

Таблица 4.1

Уни-версаль-ный У/В	Макс. значе-ние		Um		Ucк		0.71
Им-пулс-ный И/В	Макс. значе-ние		Um		Um		1
Средне-выпрям. знач. С/В	Средне-выпям. знач.		Uсв		Uск		1.11
Сред-не-квадр. знач. С/К		Сред-не-квадр. знач.		Uск		Uск1
Выпря-мит. В1 В2	Средне-выпям. знач.		Uсв		Uск		2.22 – В/2 1.11 – В/1
Теромо-электр. Т/Э	Средне-квадр. знач.		Uск		Uск		1
Элек-тро- стат. Э/С	—		Uск		Uск		1
Элек-тро- дин Э/Д	—		Uск		Uск		1
Электро- магн. Э/М	—		Uск		Uск		1
Магни-то электр М/Э	—		U0		U0		1
Тип вольт-метра	Тип преоб-разо-вателя		Значение напряже-ния, на ко-торое от-кликается вольтметр, Uотк		Значение напряния, в клтором от-градуиро-ван вольт-метр, Uград		Значение коэффи-циента гра-дуиров-ки, С

Задача 4.3

Определить показание электростатического вольтметра при подаче на его

вход переменного напряжения. u(t) =8 +4sin(ω t +φ₁ t)

Решение

Как видно из таблицы 4.1, электростатический вольтметр откликается на

среднеквадратическое значение Uотк=Uск и градуируется в среднеквадратиче-

ских значениях, т.е. коэффициент градуировки равен С=1.

Электростатический вольтметр измеряет как постоянную, так и перемен-

ную составляющие.

Напряжение, на которое откликается вольтметр Uотк= Uск..

Определяем среднеквадратическое значение напряжения Uск

Uск=

Следовательно, показание электростатического вольтметра U равно

U = C Uотк =1 8,49 =8,49 В

Вопросы для экзамена по дисциплине: «Электрические измерения»

Основные методы измерений. В чём заключается их сущность?
Виды измерений
Что такое погрешности измерений? Виды погрешностей. Как рассчитать погрешность измерения?
Основные характеристики электроизмерительных приборов?
Добавочные сопротивления и шунты.
Измерительные трансформаторы напряжения . Принцип работы. Назначение.
Измерительные трансформаторы тока. Принцип работы.
Аналоговые измерительные приборы. Технические требования предъявляемые к ним.
Приборы магнитоэлектрической системы. Конструкция. Принцип действия.
Приборы электромагнитной системы. Конструкция. Принцип действия.
Приборы электродинамической и ферродинамической систем. Конструкция и принцип действия.
Электростатические приборы. Конструкция и принцип действия.
Приборы выпрямительной системы. Конструкция. Принцип действия. Схемы.
Электрические измерительные цепи.
Измерительные преобразователи. Характеристики измерительных преобразователей.
Мостовые цепи. Назначение и принцип действия.
Регистрирующие приборы . Назначение.
Электронно-лучевые осциллографы. Структурная схема. Принцип работы.
ОСЦИЛЛОГРАФИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СИГНАЛОВ.
Измерение частоты.
Методы измерений переменных токов и напряжений промышленной частоты.
Измерение ёмкости и индуктивности.
Измерения энергии. Счётчики активной энергии.
Цифровые измерительные приборы. Схемы .

Литература:

В.С. Попов «Электрические измерения». М «Энергия», 1974 г.
В.Н. Малиновский «Электрические измерения». М «Энергоиздат», 1982 г.
В.И. Котур и др. «Электрические измерения и электроизмерительные приборы». М. Эн. 1986 г.
Метрология и электрорадиоизмерения в телекоммуникационных сис-темах: Учебное пособие/ С.И. Боридько. Н.В. Дементьев, Б.Н. Тихонов, И.А. Ходжаев.; Под ред. Б.Н. Тихонова – М.: Горячая линия - Телеком, 2007
Метрология и измерения в телекоммуникационных системах (Том 1): Учебник для вузов / Б.П. Хромой – М.: ИРИАС, 2007
Метрология и электрорадиоизмерения в телекоммуникационных сис-темах: Учебник для вузов / В.И. Нефедов, В.И. Хахин, Е.В. Федорова и др.; Под ред. В.И. Нефедова. – М.: Высш. шк., 2005

Blog

Содержание