Меню

Измерение мощности постоянного электрического тока лабораторная работа



Пояснения к работе. Измерение мощности постоянного электрического тока

Лабораторная работа № 3.2.

Измерение мощности постоянного электрического тока

Цель работы: изучение метода измерения мощности постоянного тока при помощи амперметра и вольтметра и методики оценки погрешности косвенных измерений.

Задание для домашней подготовки

Используя рекомендованную литературу и настоящее описание, ознакомьтесь со следующими вопросами:

— методы измерения мощности электрического тока;

— устройство, принцип действия и основные характеристики электродинамических и ферродинамических ваттметров.

— устройство, принцип действия и основные характеристики цифровых ваттметров;

— метод косвенных измерений мощности при помощи амперметра и вольтметра;

— устройство и характеристики средств измерений, используемых при выполнении работы;

— причины возникновения и методы расчета погрешностей при измерении мощности электрического тока.

Пояснения к работе

Измерение мощности в цепях постоянного и переменного тока производится электродинамическими и ферродинамическими ваттметрами, а также цифровыми ваттметрами, в которых реализована функция перемножения векторов тока и напряжения. В лабораторных условиях чаще других используются переносные многопредельные электродинамические ваттметры с классом точности 0,1…0,5.

При отсутствии ваттметра мощность в нагрузке измеряют косвенным методом амперметра и вольтметра как произведение измеренных значений силы тока и напряжения на нагрузке. В данном методе возможны две схемы включения приборов (рис.4.1). В обоих случаях имеет место методическая погрешность измерения, обусловленная влиянием внутренних сопротивлений вольтметра и амперметра. В схеме на рис. 4.1а показания вольтметра определяются не напряжением на нагрузке, а суммой напряжений на нагрузке и амперметре, в схеме на рис. 4.1б амперметр измеряет не ток нагрузки, а сумму токов нагрузки и вольтметра. Следовательно, в обоих случаях вычисленная мощность будет отличаться от действительного значения Рд.

Первую схему лучше использовать в тех случаях, когда используется электромеханический вольтметр с невысоким внутренним сопротивлением RV и высокое (соизмеримое с RV) сопротивление нагрузки Rн. Данная схема позволяет снизить влияние шунтирования Rн сопротивлением RV. Разумеется, при этом обязательно должно выполняться условие RнRА, где RА – внутреннее сопротивление амперметра.

Вторая схема предпочтительнее при RVRн (электронный вольтметр), поскольку позволяет измерить напряжение непосредственно на нагрузке и тем самым исключить влияние падения напряжения на амперметре.

В любом случае при выборе приборов для снижения методической погрешности необходимо стараться выполнить условия: RА → 0, RV → ∞.

Рис. 4.1. Схемы включения амперметра и вольтметра

при измерении мощности

Получим формулы для оценки методических погрешностей измерения тока и напряжения. Предположим, что на выходе УИП поддерживается постоянное напряжение U, при этом внутреннее сопротивление УИП равно нулю. Тогда действительные значения напряжения на нагрузке и тока (при отсутствии в схеме вольтметра и амперметра)

Напряжение и ток в нагрузке в схеме 1:

Читайте также:  Как пробить мощность двигателя

(2)

Напряжение и ток в нагрузке в схеме 2:

(3)

Относительные методические погрешности измерения напряжения и тока в нагрузке, %

(4)

где i = 1, 2 – номер схемы.

Относительные инструментальные погрешности измерения напряжения и тока, %

(5)

где К – класс точности; Uк, Iк – значение верхнего предела диапазона измерений прибора; Ux, Ix – значения измеряемого напряжения и тока.

Результирующие погрешности измерения напряжения и тока, %

(6)

Мощность электрического тока

Относительная погрешность косвенных измерений мощности

(8)

Источник

Указания к выполнению работы. 1. Запустите программу лабораторной работы № 3.2 «Измерение мощности постоянного электрического тока»

1. Запустите программу лабораторной работы № 3.2 «Измерение мощности постоянного электрического тока». На экране компьютера появится модель лабораторного стенда (рис. 4.4.). Изучите расположение частей стенда.

2. Рассчитайте сопротивление Rн, при котором напряжению 15 В на выходе УИП будет соответствовать сила тока 3 А в цепи (рис. 4.1). При расчете учтите внутреннее сопротивление амперметра. Установите сопротивление магазина равным рассчитанному значению Rн.

Включите УИП тумблером «СЕТЬ», переключатель диапазонов установите в положение «0-15 В», ручку плавной регулировки выходного напряжения – в крайнее левое положение.

3. Измерение электрической мощности при Rн = 4,9 Ом.

3.1. Переведите переключатель КУ в положение 1, что соответствует схеме включения приборов согласно рис. 4.1а. Установите на вольтамперметрах пределы, на которых обеспечивается наиболее высокая точность измерений силы тока и напряжения при токе нагрузки 3 А. Рекомендуется, чтобы показания приборов были как можно ближе к установленному пределу шкалы.

Плавно поверните ручку УИП в крайнее правое положение, соответствующее выходному напряжению 15 В. Запишите показания вольтметра и амперметра, пределы измерений приборов, значение Rн.

3.2. Не меняя других настроек, переведите переключатель КУ в положение 2, что соответствует схеме согласно рис. 4.1б. Запишите показания вольтметра и амперметра, пределы измерений приборов, сопротивление магазина.

4. Измерение электрической мощности при Rн = 100 Ом.

4.1. Не меняя напряжение на выходе УИП, увеличьте сопротивление магазина до 100 Ом. Рассчитайте значение силы тока в цепи при U = 15 В, Rн = 10 кОм. Установите пределы вольтметра и амперметра, на которых обеспечивается наиболее высокая точность измерений. Запишите показания вольтметра и амперметра, пределы измерений приборов, значение Rн.

4.2. Не меняя других настроек, переведите переключатель КУ в положение 2, что соответствует схеме, показанной на рис. 4.1б. Запишите показания вольтметра и амперметра, пределы измерений приборов, сопротивление магазина.

5. Измерение электрической мощности при Rн = 10 кОм.

Выполните действия, описанные в п. 4, при Rн = 10 кОм.

Закройте приложение Lab VIEW.

6. Рассчитайте относительные погрешности косвенных измерений мощности, используя формулы (1)-(8).

Содержание отчета

Отчет должен содержать:

Читайте также:  Материал коробки отбора мощности

— сведения о цели и порядке выполнения работы;

— сведения о характеристиках использованных средств измерений;

— экспериментальные данные и расчеты;

— заполненные таблицы отчета (табл. 3.1) и расчеты погрешностей;

— графики зависимости мощности и погрешности измерения мощности от Rн при различных схемах включения;

— вывод об особенностях и областях применения исследованных схем измерения мощности.

Измерение мощности постоянного тока методом амперметра и вольтметра Магнитоэлектрический амперметр: класс точности _____; предел шкалы _______; Магнитоэлектрический вольтметр: класс точности ______; предел шкалы _______ Схема № _______
Величина Rн = 4,9 Ом Rн = 100 Ом Rн = 10 кОм
I U U I U I
Действительное значение, Uнд, Iнд
Измеренное значение, Uн, Iн
Методическая погрешность, δмU, δмI
Инструментальная погрешность, δинсU, δинсI
Результирующая погрешность, δU, δI
Погрешность измерения мощности, δР
Результат измерения мощности

Контрольные вопросы

1. Какие электромеханические механизмы используются в ваттметрах постоянного тока?

2. Для какого диапазона мощностей постоянного тока применяются электромеханические и электронные ваттметры?

3. В каких случаях предпочтительно применять электромеханические, а в каком электронные ваттметры постоянного тока? Какова примерная погрешность измерений в этих случаях?

4. Назовите основные источники погрешности при косвенном измерении мощности постоянного тока.

5. Исправный электродинамический ваттметр имеет класс точности 0,5 и шкалу от 0 до 100 Вт. Какова максимально возможная относительная погрешность измерения мощности, если прибор показывает 50 Вт?

6. В каком диапазоне частот можно использовать электродинамический ваттметр?

7. Сравните метрологические характеристики электродинамических и ферродинамических ваттметров.

8. Каковы достоинства ферродинамических ваттметров?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

«Измерение мощности постоянного электрического тока»

ПО ДИСЦИПЛИНЕ «МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ»

для студентов, обучающихся по специальности 210201 «Проектирование и технология радиоэлектронных средств»

к выполнению лабораторной работы

«Измерение мощности постоянного электрического тока»

по дисциплине «Метрология, стандартизация и технические измерения»

для студентов, обучающихся по специальности 210201 «Проектирование и технология радиоэлектронных средств»

Составитель: Ю.М.Пепякин, О.В.Соломенников

Данные методические указания предназначены для студентов Приборостроительного факультета при выполнении лабораторной работы «Измерение мощности постоянного электрического тока» по дисциплине «Метрология, стандартизация и технические измерения».

Приведены контрольные вопросы для подготовки к лабораторной работе.

1. Цель работы

Ознакомление со способом измерения мощности постоянного тока при помощи амперметра и вольтметра. Получение сведений о способах учета погрешностей измерений в этом случае.

2. Подготовка к работе (домашнее задание)

Изучить теоретический материал, относящийся к данной работе, по литературе [1], [2], [3], [4].

Для самопроверки готовности к выполнению работы сформулировать ответы на следующие вопросы, которые могут быть заданы:

Устройство, принцип действия и основные характеристики элeктpoдинaмических и ферродинамических ваттметров.

Читайте также:  Мотоблок с валом отбора мощности с двигателем субару

Устройство, принцип действия и основные характеристики цифровых ваттметров.

Метод косвенных измерений мощности при помощи амперметра и вольтметра, включая схемы подключения приборов, расчетные формулы для определения мощности и способы расчета погрешности.

Содержание и способы реализации методов измерения, используемых при выполнении работы.

Устройство и характеристики средств измерений, используемых при вы­ полнении работы.

3. Краткие теоретические сведения. Экономичность радиоустройств характеризуется мощностью, потребляемой ими от источников питания — сети переменного или постоянного тока, сухих или аккумуляторных батарей и т. д.

Приборами, позволяющими производить непосредственную оцен­ку мощности в цепях постоянного и переменного (промышленных частот) тока являются электродинамические, ваттметры, однако самые чувствительные из них (например, типа Д539) имеют верхние пределы измерений не менее 0,3 Вт.

Широко применяется косвенный метод измере­ния мощности, основанный на использовании вольтметров и амперметров (миллиамперметров) постоянного или переменного тока с верхними пределами измерения, согласованными с ожидае­мыми значениями напряжения и тока в проверяемой цепи.

Рис. 1. Схемы измерения мощности методом вольтметра-амперметра

Для опре­деления мощности, потребляемой электрической цепью или отдель­ным участком ее, имеющим активное сопротивление R, измеритель­ные приборы включают по схеме на рис. 1а при R >> Rа, <где Rа — сопротивление амперметра), или по схеме на рис. 1б при R >> Rв (где Rв — входное сопротивление вольтметра). На основе показаний приборов потребляемую мощность вычисляют по формуле:

P = U I (1)

Если сопротивление R достаточно точно известно, то можно огра­ничиться измерением только напряжения U или тока I, причем при большом значении R может отсутствовать вольтметр, а при малом — амперметр. Потребляемую мощность рассчитывают по одной из формул:

P = I 2 R; P = U 2 /R. (2)

При выполнении косвенных измерений мощности в соответствии с описан­ной выше процедурой абсолютная методическая погрешность измерений в слу­чае, изображенном на рис. 1.а, вычисляется по формуле:

(3)

а во втором случае — по формуле:

(4)

где Рд – действительная мощность.

Мощность действительную можно рассчитать по формуле:

, (5)

где — напряжение, установленное на УИП;

Рд – действительная мощность;

— сопротивление, установленное на магазине сопротивлений;

— сопротивление амперметра;

— сопротивление вольтметра.

Косвенные измерения мощности постоянного тока методом амперметра и вольтметра проводят, используя магнитоэлектрические приборы. Инструмен­тальная погрешность этих приборов определяется классом точности, который обычно находится в пределах от 0,5 до 2,5.

Оценка предельной результирующей относительной погреш­ности косвенных измерений мощности электрического тока проводится по формуле:

, (6)

где ∆I и ∆U — абсолютные погрешности измерений силы тока и напряжения со­ответственно;

I и U – измеренные ток и напряжение в цепи соответственно;

Абсолютная погрешность измерения силы тока рассчитывается по формуле:

, (7)

Абсолютная погрешность измерения напряжения рассчитывается по формуле:

, (8)

Относительная погрешность тока и напряжений рассчитывается по формулам (8) и (9) соответственно:

, (9)

, (10).

Источник