Физическая величина – мощность

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство сельского хозяйства и продовольствия Республики Беларусь

УО "Белорусский государственный аграрный технический университет"

Кафедра "Стандартизация и метрология"

КУРСОВАЯ РАБОТА

Физическая величина - мощность

Выполнила:

студентка 3-го курса,

Ворошкевич Ю.Л.

Проверил:

Воробьев Н.А.

Минск 2013



Реферат

Объектом исследования являются расходомеры.

Цель работы - анализ методики выполнения измерений и анализ источников погрешностей измерений.

Расход жидкости - количество жидкости, протекающей в единицу времени через живое сечение потока.

«Главная» метрологическая характеристика любого средства измерений - это его погрешность.

Измерением называется процесс нахождения значения ФВ опытным путем с помощью специальных технических средств.

Средства измерений - технические средства, используемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические характеристики, т.е. характеристики, влияющие на результат измерения.



СОДЕРЖАНИЕ

Введение

I. Анализ методики выполнения измерений

1.1 Описание

1.2 Метод измерения

1.3 Средства измерений и вспомогательные устройства

1.4 Метрологическая характеристика СИ

1.5 Схема измерений ФВ

1.6 Условия измерений

1.7 Описание принципа преобразования измерительной информации средства измерения в МВИ

1.7.1 Аналоговый ваттметр

1.7.2 Ваттметры ЦЛ8516

Заключение

Список использованных источников



Введение

Мощностью называют физическую величину, равную в общем случае скорости изменения, преобразования, передачи или потребления F" энергии системы. В более узком смысле мощность равна отношению работы, выполняемой за некоторый промежуток времени, к этому промежутку времени. Приборы, которыми измеряют мощность - ваттметры.

расход жидкость мощность погрешность



I. Анализ методики выполнения измерений

1.1 Описание

Момщность - физическая величина, равная в общем случае скорости изменения, преобразования, передачи или потребления F"энергии системы. В более узком смысле мощность равна отношению работы, выполняемой за некоторый промежуток времени, к этому промежутку времени.

Электримческая мощность - физическая величина, характеризующая скорость передачи или преобразования F"электрической энергии. При изучении сетей переменного тока, помимо мгновенной мощности, соответствующей общефизическому определению, вводятся также понятия C"активной мощности, равной среднему за период значению мгновенной, C"реактивной мощности, которая соответствует энергии, циркулирующей без диссипации от источника к потребителю и обратно, и C"полной мощности, вычисляемой как произведение действующих значений тока и напряжения без учёта сдвига фаз.

Мощностные характеристики нагрузки можно точно задать одним единственным параметром (активная мощность Вт) только для случая постоянного тока, так как в цепи постоянного тока существует единственный тип сопротивления - активное сопротивление.

Мощностные характеристики нагрузки для случая переменного тока невозможно точно задать одним единственным параметром, так как в цепи переменного тока существует два разных типа сопротивления - активное и реактивное. Поэтому только два параметра: активная мощность и реактивная мощность точно характеризуют нагрузку.

Принцип действия активного и реактивного сопротивлений совершенно различный. Активное сопротивление - необратимо преобразует электрическую энергию в другие виды энергии (тепловую, световую и т.д.) - примеры: лампа накаливания, электронагреватель

Реактивное сопротивление - попеременно накапливает энергию затем выдаёт её обратно в сеть - примеры: конденсатор, катушка индуктивности

Активная мощность

Единица измерения - %82"ватт (W, Вт).

Среднее за период T значение мгновенной мощности называется активной мощностью и вычисляется по формуле:

(1.1)

В теории F"длинных линий (анализ электромагнитных процессов в линии передачи, длина которой сравнима с длиной электромагнитной волны) полным аналогом активной мощности является проходящая мощность, которая определяется как разность между падающей мощностью и отраженной мощностью.

Реактивная мощность

Единица измерения - вольт-ампер реактивный (var, вар).

Реактивная мощность - величина, характеризующая нагрузки, создаваемые в электротехнических устройствах колебаниями энергии электромагнитного поля в цепи синусоидального переменного тока, равна произведению среднеквадратичных значений напряжения U и тока I, умноженному на синус угла сдвига фаз ц между ними:

(1.2)

(если ток отстаёт от напряжения, сдвиг фаз считается положительным, если опережает - отрицательным). Реактивная мощность связана с полной мощностью S и активной мощностью Р соотношением:

(1.3)

Физический смысл реактивной мощности - это энергия, перекачиваемая от источника на реактивные элементы приёмника (индуктивности, конденсаторы, обмотки двигателей), а затем возвращаемая этими элементами обратно в источник в течение одного периода колебаний, отнесённая к этому периоду.

Необходимо отметить, что величина sin ц для значений ц от 0 до плюс 90° является положительной величиной. Величина sin ц для значений ц от 0 до ?90° является отрицательной величиной. В соответствии с формулой

Q = UIsin ц (1.4)

реактивная мощность может быть как положительной величиной (если нагрузка имеет активно-индуктивный характер), так и отрицательной (если нагрузка имеет активно-ёмкостный характер). Данное обстоятельство подчёркивает тот факт, что реактивная мощность не участвует в работе электрического тока. Когда устройство имеет положительную реактивную мощность, то принято говорить, что оно её потребляет, а когда отрицательную - то производит, но это чистая условность, связанная с тем, что большинство электропотребляющих устройств (например, C"асинхронные двигатели), а также чисто активная нагрузка, подключаемая через %80"трансформатор, являются активно-индуктивными.

Полная мощность

Единица полной электрической мощности -%80"вольт-ампер (V·A, В·А).

Полная мощность - величина, равная произведению действующих значений периодического электрического тока I в цепи и напряжения U на её зажимах связана с активной и реактивной мощностями соотношением:

(1.5)

где Р - активная мощность, Q - реактивная мощность (при индуктивной нагрузке Q> 0, а при ёмкостной Q< 0).

Полная мощность имеет практическое значение, как величина, описывающая нагрузки, фактически налагаемые потребителем на элементы подводящей электросети ("провода, C"кабели, %82"распределительные щиты, %80"трансформаторы, "линии электропередачи), так как эти нагрузки зависят от потребляемого тока, а не от фактически использованной потребителем энергии. Именно поэтому номинальная мощность трансформаторов и распределительных щитов измеряется в вольт-амперах, а не в ваттах.

Комплексная мощность

Мощность, аналогично %81"импедансу, можно записать в комплексном виде:

(1.6)

где - комплексное напряжение, - комплексный ток, - импеданс, * - оператор "комплексного сопряжения.

Неактивная мощность

Неактивная мощность (пассивная мощность) - это мощность нелинейных искажений тока, равная корню квадратному из разности квадратов полной и активной мощностей в цепи переменного тока. В цепи с синусоидальным напряжением. Реактивная мощность равна корню квадратному из суммы квадратов реактивной мощности и мощностей высших гармоник тока. При отсутствии высших гармоник неактивная мощность равна модулю реактивной мощности.

Под мощностью гармоники тока понимается произведение действующего значения силы тока данной гармоники на действующее значение напряжения.

Наличие нелинейных искажений тока в цепи означает нарушение пропорциональности между мгновенными значениями напряжения и силы тока, вызванное нелинейностью нагрузки, например когда нагрузка имеет реактивный или импульсный характер. При линейной нагрузке сила тока в цепи пропорциональна мгновенному напряжению, вся потребляемая мощность является активной. При нелинейной нагрузке увеличивается кажущаяся (полная) мощность в цепи за счёт мощности нелинейных искажений тока, которая не принимает участия в совершении работы. Мощность нелинейных искажений не является активной и включает в себя как реактивную мощность, так и мощность прочих искажений тока. Данная физическая величина имеет размерность мощности, поэтому в качестве единицы измерения неактивной мощности можно использовать В•А (вольт-ампер) или вар (вольт-ампер реактивный). Вт (ватт) использовать нежелательно, чтобы неактивную мощность не спутали с активной.

Мгновенная электрическая мощность.

Мгновенной мощностью называется произведение мгновенных значений напряжения и силы тока на каком-либо участке электрической цепи.

1.2 Метод измерения

Для измерения электрической мощности применяются %80"ваттметры и варметры, можно также использовать косвенный метод, с помощью %80"вольтметра и %80"амперметра.

Для измерения коэффициента реактивной мощности применяют %80"фазометры

Государственный эталон - ГЭТ 153-2012 Государственный первичный эталон единицы электрической мощности в диапазоне частот от 1 до 2500 Гц.

По назначению и %82"диапазону частот ваттметры можно разделить на три категории :

· низкочастотные (и постоянного тока);

· радиочастотные;

· оптические.

Ваттметры радиодиапазона по назначению делятся на два вида: проходящей мощности, включаемые в разрыв линии передачи, и поглощаемой мощности, подключаемые к концу линии в качестве согласованной нагрузки. В зависимости от способа функционального преобразования измерительной информации и её вывода оператору ваттметры бывают аналоговые (показывающие и самопишущие) и цифровые.

1.3 Средства измерений и вспомогательные устройства

Приборы предназначены для измерения активной (ваттметры) или реактивной (варметры) мощности в трехфазных трехпроводных сетях (габарит 120х120) и в трехфазных четырехпроводных сетях (габарит 96х96) переменного тока в диапазоне частот 50-60 Гц при равномерной и неравномерной нагрузке фаз.



Таблица 1.Нормальные значения влияющих величин

1.4 Метрологическая характеристика СИ

Характеристики средства измерений, влияющие на результаты (точность) измерений, называются метрологическими характеристиками. И метрологические характеристики любого средства измерений нормированы, т.е. «вписаны» в определенные рамки. Для того чтобы подтвердить соответствие метрологических характеристик каждого конкретного средства измерений регламентированным значениям, средство измерений при выпуске из производства, а также в процессе эксплуатации подвергается метрологической поверке.

«Главная» метрологическая характеристика любого средства измерений - это его погрешность. Погрешностью средства измерений мы называем разность между показаниями данного средства и истинным значением измеряемой физической величины. Но погрешность бывает разной. Например в паспорте какого-либо расходомера написано:

v предел допускаемой основной относительной погрешности при преобразовании расхода в выходной электрический сигнал - ±1,0%.

«Относительная погрешность» - это та, которая нормируется не в литрах (кубометрах), а в процентах. Т.е. при измерениях расхода 1 м3/час данный расходомер «имеет право» ошибаться на 0,01 м3/час, при измерениях расхода 100 м3/час - уже на 1 м3/час.

Но есть и «основная погрешность». Например, температурная погрешность, которая зависит от температуры измеряемой жидкости. Подавляющее большинство отечественных производителей в своей документации о дополнительных погрешностях ничего не пишут. Вероятно, тем самым они намекают на то, что любые дополнительные погрешности пренебрежимо малы по сравнению с основной. Но в руководствах по эксплуатации некоторых приборов можно найти, например, такие сведения:

v пределы дополнительной погрешности от влияния температуры измеряемой среды - 0,05% на каждые 10°С.

Говоря о погрешности, нужно ясно понимать, что это такое, и о какой именно погрешности идет речь. Производитель, указывая в документации только предел основной относительной погрешности, как бы «минимизирует свои риски». Ведь раз нормирована только эта погрешность (эта составляющая погрешности), то и при поверке - на стенде - будет контролироваться только она, по ней расходомер будет получать допуск в эксплуатацию. А в этой самой эксплуатации - в подвале - будут проявляться и другие, дополнительные погрешности, и они могут быть значительными, но мы о них ничего не знаем и не можем их контролировать. Т.е. расходомер должен ошибаться, например, не более чем на 1%, но может ошибаться и на 1,5%, и еще на сколько-нибудь, и это может быть объяснено, но не может повлечь за собою никаких санкций.

• Класс точности 1,5.

• Номинальный коэффициент мощности Cos ? = 1 (для ваттметра) и Sin ? = 1 (для варметра).

Расчет конечного значения диапазонов измерений производить по формуле:

P=?3 xUnxInxCos (Sin) ц (1.7)

- для трехфазной трехпроводной сети

P=3 x Un x In x Cos ц (Sin) ц (1.8)

- для трехфазной четырехпроводной сети

Конечные значения диапазона измерения в ваттах для ваттметров и вварах для варметров рассчитанные по формулам 1.7, 1.8 с округлением полученных произведений до ближайшего числа (Р), должны иметь значения из ряда: Р = а ·10, где а - одно из чисел 1; 1,2; 1,5; 2; 2,5; 3; 4; 5; 6; 8;

• Пределы допускаемой основной приведенной погрешности равны ±1,5 % от конечного значения диапазона измерений для приборов с нулевой отметкой на краю диапазона измерений и ±1,5 % от арифметической суммы конечных значений диапазона измерений для приборов с нулевой отметкой внутри диапазона измерений.

• Время непрерывной работы не ограничено. Время установления рабочего режима - 15 мин.

• Предел допускаемой вариации показаний прибора равен 1,5 %.

• Отклонение стрелки прибора от нулевой отметки шкалы (невозвращение стрелки к нулевой отметке) при подаче на прибор в течение 30 с нагрузки, соответствующей верхнему значению диапазона измерений, не превышает 0,75 % от длины шкалы.

• Время установления показаний прибора не превышает 4 с. Отклонение стрелки прибора от положения покоя после внезапного приложения возбуждения, вызывающего изменение окончательного показания на 2/З длины шкалы, не превышает 1,5 % по истечении 4 с.

• Переброс стрелки после внезапного приложения возбуждения не превышает установившегося отклонения более чем на 20 % длины шкалы.

• Пределы допускаемой дополнительной погрешности прибора, вызванной:

- изменением положения приборов от вертикального в любом направлении на ±5, равны 0,75 %;

- изменением температуры окружающего воздуха от нормальной до любой температуры в пределах рабочих температур, равны ± 1,2 % на каждые 10 оС изменения температуры;

- изменением относительной влажности окружающего воздуха во время пребывания в рабочих климатических условиях применения равны ± 1,5 %;

- отклонением напряжения от номинального на ± 20 %, при неизменном значении измеряемой мощности, равны ± 1,5 %;

- влиянием изменения коэффициента мощности, равны ± 1,5 %;

- одновременным влиянием изменения напряжения на ± 20 % и коэффициента мощности, равны ± 3,0 %;

- искажением формы кривой тока и напряжения (третья гармоника

- 20 %), равны ± 1,5 %;

- влиянием неравномерной нагрузки фаз, когда отключен ток в последовательной цепи любого из элементов, или в любом из линейных проводов многофазной системы, по сравнению с показаниями при равномерной нагрузке, при неизменном значении измеряемой мощности, равны ± 3,0 %;

- отклонением пределов нормальной области частот на ±10 %, равны ±1,5 %;

- установкой на щите из ферромагнитного материала, равны ± 1,5 %;

Дополнительные погрешности приборов, вызванные изменением влияющих величин, выражаются так же, как основная погрешность.

• Отклонение стрелки от нулевой отметки шкалы, если включены лишь цепи напряжения, не превышает ±1,5 % от длины шкалы.

Приборы (габарит 120х120) виброустойчивы при максимальном ускорении 15 м/с2и частоте 30 Гц. При этом пределы допускаемой дополнительной погрешности (увод стрелки) и (или) половина размаха колебаний стрелки прибора под воздействием вибрации, равны ± 1,5 %.

1 5 Схема измерений ФВ

Измерением называют процесс, заключающийся в экспериментальном определении численного соотношения между измеряемым физическим значением и значением, принятым за единицу (рис. 1).

Рисунок 1 - Примеры схем измерения расхода:

а - методом постоянного перепада; б - методом переменного перепада; 1 - технологический трубопровод; 2 - ротаметр с электрической дистанционной передачей; 3 - линия связи; 4 - вторичный самопишущий прибор; 5 - сужающее устройство; 6 - конденсационные сосуды; 7 - дифманометр бесшкальный с электрической передачей показаний; 8 - вторичный показывающий прибор; 9 - вторичный самопишущий прибор с интегратором.

Температурная погрешность ваттметров г t возникает вследствие изменения сопротивления r 0 обмотки рамки и изменения упругих свойств пружинок или растяжек.

Простейшая измерительная цепь электродинамического ваттметра (рис.2).

Рис.2

Условие температурной компенсации (г t =0) имеет вид:

вw =(в0r 0)/(r0+rд),

где в0- температурный коэффициент электрического сопротивления материала провода обмотки рамки;

вw - температурный коэффициент упругости пружинок или растяжек;

rд - добавочное сопротивление (вд=0).

При малых rд (на пределах измерения в несколько десятков вольт):

(в0 r0 )/(r0+rд)>вw

и, следовательно, погрешность определяется изменением сопротивления обмотки рамки.

При больших rд :

(в0r0)/(r0+rд)<в w

и, следовательно, погрешность определяется изменением упругих свойств пружинок. Это значит, что при возрастании температур на малых пределах показания уменьшаются, а на больших - увеличиваются.

Для улучшения компенсации гt - применяют специальные схемы.

Все сопротивления в схеме, кроме r0 выполнены из манганина (в=0)

гt=вw-в0(r0m/r)(1+rд/r),

где rд - добавочное сопротивление на данном пределе измерения;

m=r 2/(r0+r1+r 2);

r=rд+((r0+r1)*r2)/(r0+r1+r2)

Измерительная цепь электродинамического ваттметра с компенсацией температурной и частотной погрешностей:

Рис. 3



1.6 Условия измерений

Погрешность электродинамических ваттметров от изменения частоты гf вызывается следующими причинами:

• изменением тока I2 в параллельной цепи ваттметра, вызванным зависимостью полного сопротивления этой цепи от частоты;

• изменением фазовых соотношений в параллельной цепи ваттметра (угловая погрешность);

• возникновением ЭДС в подвижной катушке при пронизывании ее переменным магнитным полем неподвижных катушек (погрешность от взаимной индуктивности).

Погрешностью от изменения тока I2 (для реальных конструкций ваттметров) обычно пренебрегают (она составляет сотые доли процента).

Угловая погрешность:

гд=дtgц*100%,

где д -угол между напряжением и током I2 в параллельной цепи ( измеряется в радианах).

Основной способ компенсации угловой погрешности - это включение в параллельную цепь последовательно с обмоткой рамки конденсатора емкостью C.

Для компенсации надо, чтобы ZAB было чисто активным, т.е. мнимое значение сопротивления было равно нулю.

При выполнении этого условия значение емкости компенсирующего конденсатора

C=L0/r02,

где L0-индуктивность подвижной катушки.

Чем лучше выполняется неравенство

щ2С2r12<<1,

тем точнее удовлетвориться предыдущее уравнение.

Погрешность от взаимной индуктивности зависит от значения и характера реактивного сопротивления цепи рамки. При чисто активной нагрузке цепи рамки среднее значение ДМвр=0, т.е. погрешность не возникает, следовательно, путем включения конденсатора можно исключить не только угловую погрешность, но и погрешность от взаимной индуктивности.

1.7 Описание принципа преобразования измерительной информации средства измерения в МВИ

1.7.1 Аналоговый ваттметр

Низкочастотные ваттметры используются преимущественно в сетях электропитания промышленной частоты для измерения потребляемой мощности, могут быть однофазные и трехфазные. Отдельную подгруппу составляют варметры - измерители C"реактивной мощности. Цифровые приборы обычно совмещают возможность измерения активной и реактивной мощности.

Аналоговые низкочастотные ваттметры электродинамической или ферродинамической системы имеют в измерительном механизме две катушки, одна из которых подключается последовательно нагрузке, другая параллельно. Взаимодействие магнитных полей катушек создает вращающий момент, отклоняющий стрелку прибора, пропорциональный произведению силы тока, напряжения и косинуса или синуса разности фаз (для измерения соответственно C"активной или C"реактивной мощности).



1.7.2 Ваттметры ЦЛ8516

Ваттметры ЦЛ8516 предназначены для измерения силы переменного тока, напряжения переменного тока, активной мощности однофазного переменного тока.

Измеренное значение силы переменного тока и напряжения переменного тока пропорционально среднеквадратическому (действующему) значению.

Отображение измеряемых величин на цифровом индикаторе производится в единицах измеряемой величины: в амперах, вольтах, ваттах соответственно. Цифровой индикатор имеет пять значащих разрядов и десятичную запятую.

Режим переключения диапазонов измерений ваттметров - ручной.

Для связи с ЭВМ ваттметры имеют встроенный интерфейс RS-232.

В ваттметрах обеспечивается гальваническое разделение входных цепей и цепи питания.

Ваттметры могут применяться для поверки рабочих средств измерений - стрелочных и цифровых амперметров, вольтметров, ваттметров с допускаемой основной приведенной погрешностью, равной или более 0,5.



Заключение

В данной курсовой работе были проведены анализ методики выполнения измерений, анализ источников погрешностей измерений, анализ точечных диаграмм и статистическая обработка результатов серий многократных измерений одной физической величины.

Также была подробно рассмотрена такая физическая величины, как мощность.



Список использованных источников:

1. Как повысить коэффициент мощности без использования компенсирующих устройств

2. СудноваHYPERLINK "http://www.bt.dn.ua/harm/" В. В., Влияние качества электроэнергии на работу HYPERLINK "http://www.bt.dn.ua/harm/"электроприемников

3. Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. - М: Высшая школа, 1984.

4. Гольдштейн Е. И., Сулайманов А. О., Гурин Т. С. Мощностные характеристики электрических цепей при несинусоидальных токах и напряжениях. ТПУ, - Томск, 2009, Деп. в ВИНИТИ, 06.04.09, № 193-2009. - 146 с.

5. Агунов М. В., Агунов А. В. Об энергетических соотношениях в электрических цепях с несинусоидальными режимами // Электричество, 2005, № 4, С. 53-56.

6. Агунов А. В. Неактивные составляющие полной мощности в автономных электротехнических системах судостроения. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. СПб., СПбГМТУ, 1997, 20 с.

7. Агунов М. В. Энергетические процессы в электрических цепях с несинусоидальными режимами и их эффективность. Кишинев-Тольятти: МолдНИИТЭИ, 1997, 84 с. "ВойнаровскийHYPERLINK "http://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=%D0%92%D0%BE%D0%B9%D0%BD%D0%B0%D1%80%D0%BE%D0%B2%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9,_%D0%9F%D0%B0%D0%B2%D0%B5%D0%BB_%D0%94%D0%BC%D0%B8%D1%82%D1%80%D0%B8%D0%B5%D0%B2%D0%B8%D1%87&action=edit&redlink=1" П. Д., // "Энциклопедический словарь Брокгауза и HYPERLINK "http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BD%D1%86%D0%B8%D0%BA%D0%BB%D0%BE%D0%BF%D0%B5%D0%B4%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D1%81%D0%BB%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%80%D1%8C_%D0%91%D1%80%D0%BE%D0%BA%D0%B3%D0%B0%D1%83%D0%B7%D0%B0_%D0%B8_%D0%95%D1%84%D1%80%D0%BE%D0%BD%D0%B0"Ефрона: В 86 томах (82 т. и 4 доп.). - СПб., 1890-1907.

8. Справочник по электроизмерительным приборам / Под ред. К. К. Илюнина - Л.: Энергоатомиздат, 1983

9. Справочник по радиоизмерительным приборам. В 3-х т. / Под ред. В. С. Насонова - М.: Сов.радио, 1979

Размещено на Allbest.ru

...