Измерение тока

Размещено на http://www.allbest.ru

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N 2

ИЗМЕРЕНИЕ ТОКА

Семёнов С.П.,

Соломонова И.И.,

Мищенко В.Ф.,

Быков А.С.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1. Освоить методы измерения тока;

2. Рассчитать шунт для заданного диапазона измерений;

3. Ознакомиться с методикой поверки приборов прямого действия для выявления соответствия прибора обозначенному на нем классу точности.

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Для измерений в судовых сетях постоянного тока чаще всего применяют приборы магнитоэлектрической системы и значительно реже (когда не требуется большой точности) приборы электромагнитной системы. Магнитоэлектрический механизм, включенный непосредственно в исследуемую цепь (рис.1), позволяет измерять малые постоянные токи, не превышающие 20-50 mА. Для измерения больших токов требуется шунтирование рамки прибора. Шунт включают в цепь последовательно, а амперметр - параллельно шунту (рис.2). Шунт имеет очень небольшое сопротивление, и по нему проходит почти весь ток, тогда как к амперметру подводится лишь падение напряжения на зажимах шунта. Таким образом, вместо большого тока прибором измеряется небольшое падение напряжения.

Включение в цепь измеряемого тока амперметра и параллельное подключение к нему шунта запрещается, так как в случае неисправности шунта через обмотку амперметра пойдет ток большой силы, что приведет к ее перегоранию. постоянный переменный ток шунт

Величина измеряемого тока

I = +

где - величина тока, протекающего через шунт

- величина тока, протекающего через амперметр

При сохранении между сопротивлениями шунта и амперметра постоянного известного соотношения

По показаниям амперметра можно определить величину измеряемого тока. Подставляя в уравнение (1) значение из равенства (2) получим

где , - соответственно сопротивление шунта и прибора;

I - значение тока нового предела измерений;

- номинальный ток ампера без шунта.

Отношение I/Iи = n, показывающее, во сколько раз измеряемый ток превышает допустимое значение, называется коэффициентом шунтирования.

При электрических измерениях неизбежны некоторые расхождения между измеренным и действительным значениями измеряемой величины, называемые погрешностью.

Различают абсолютную ?, относительную д и приведенную г погрешности.

Абсолютная погрешность - это разность между показаниями поверяемого прибора Аи и действительным значением измеряемой величины Ао

? = Аи - Ао

За действительное значение измеряемой величины принимают значение, отсчитанное по образцовому прибору.

Однако, абсолютная погрешность не дает представления о точности измерения. Точность измерений оценивается по относительной погрешности, представляющей собой отношение абсолютной погрешности к действительному значению измеряемой величины, выраженное в долях или процентах от ее действительного значения:

Точность приборов в отличие от точности измерений характеризовать относительной погрешностью нельзя, так как ее значение не постоянно. По мере уменьшения измеряемой величины относительная погрешность у всех приборов увеличивается, стремясь к бесконечности. Поэтому приборы характеризуются не относительной, а приведенной погрешностью, под которой понимают выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности к конечному значению шкалы прибора Am.

По значению приведенной погрешности приборы разделяют на классы точности. ГОСТ 8.401-80 подразделяет приборы в зависимости от допустимой основной (приведенной) погрешности на следующие классы: положительное число, выбираемое из ряда 1·10ⁿ, 1,5·10ⁿ, (1,6·10ⁿ)*, 2·10ⁿ, 2,5·10ⁿ, (3·10ⁿ)*, 4·10ⁿ, 5·10ⁿ, 6·10ⁿ (n = 1, 0, -1, -2 и т.д.) Класс точности наносится на шкалы или корпуса приборов.

Например, предел измерения миллиамперметра 100 mA, число делений на шкале 100, класс точности прибора 1 (что соответствует ±1%). В этом случае разность между показанием прибора и истинным значением измеряемой величины может быть не более ±1mА.

Для поверки приборов применяют метод сравнения их показаний с показаниями образцовых приборов. Как правило, точность образцового прибора должна превышать точность поверяемого не менее, чем в 3 раза.

В лабораторной работе используется упрощенный метод поверки. В действительности процесс поверки средств измерений - это сложный комплекс мероприятий, связанный с определением большого числа характеристик. Факт поверки оформляется документально в соответствии с Положением о государственной и ведомственной поверке приборов, а на прибор наносят специальное клеймо, несущее информацию о квартале и годе поверки, номере и принадлежности организации, ее проводившей.

Измерение переменного тока в судовых условиях выполняют, в основном, приборами электромагнитной системы, а при требовании повышенной точности - приборами электродинамической системы.

Расширение пределов: измерений амперметров в цепях переменного тока осуществляется с помощью измерительных трансформаторов тока. Измерительные трансформаторы тока служат также для отделения цепи высокого напряжения от цепи измерительных приборов, чем достигается безопасность измерений.

Измерительные трансформаторы тока по режиму работы отличаются от обычных силовых трансформаторов. Первичная обмотка трансформатора тока имеет небольшое число витков и включается всегда последовательно в цепь потребителя электрического тока (рис.З). Вторичная обмотка обычно замкнута на малое сопротивление (около 0,2-0,8 Ом), поэтому режим работы измерительного трансформатора тока очень близок к режиму короткого замыкания.

При нормальном режиме трансформатора тока результирующая намагничивающая сила магнитный поток в сердечнике незначительны, так как намагничивающая сила вторичной цепи компенсирует большую часть намагничивающей силы первичной цепи Iэwэ. Следовательно, во вторичной обмотке индуктируется малая ЭДС, расходуемая на активные и реактивные потери вторичной цепи.

Если при постоянном значении тока Iэ в первичной цепи увеличивать сопротивление вторичной цепи, то вторичный ток I2 и намагничивающая сила I2W2 будут уменьшаться, а намагничивающая сила и магнитный поток в сердечнике будут увеличиваться. Когда сопротивление вторичной цепи достигнет бесконечности (цепь разомкнута) и вторичный ток I2 = 0, результирующая намагничивающая сила будет равна намагничивающей силе первичной цепи. Вследствие этого значительно возрастают потери в сердечнике и растет напряжение на зажимах вторичной обмотки, достигая опасных значений (до тысячи вольт). Поэтому вторичная обмотка трансформатора тока всегда должна быть замкнута на приборы или накоротко!!!

Влияние намагничивающей МДС приводит в трансформаторе тока к неточности передачи фазы (угловой погрешности) и неточности в измерении тока (погрешности тока гэ) под которой понимают:

где kэ - номинальный коэффициент трансформации, величина постоянная (указывается на щитке трансформатора);

kэд - действительный коэффициент трансформации, зависящий от режима работы трансформатора. Он определяется отношением значения первичного тока ко вторичному :

Для уменьшения погрешности трансформатора тока следует стремиться к возможно меньшему сопротивлению вторичной цепи.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

I. Измерение постоянного тока с использованием магнитоэлектрических амперметров и шунтов

Ознакомьтесь с выбранными для исследования измерительными приборами и условными обозначениями, нанесёнными на их шкалы. Запишите величины их внутренних сопротивлений, токи полного отклонения.

Соберите схему согласно рис. 4 и покажите её для проверки преподавателю. В качестве шунта использовать магазин сопротивлений.

Выведите все рукоятки магазина сопротивлений в нулевое положение ( Rш на схеме рис.4)

Установите предельный ток заданного преподавателем диапазона измерений(от 0,2 до 1.0А, контролируя его по образцовому прибору.

Меняя величину сопротивления щунта, приведите стрелку исследуемого прибора в максимальное положение. Определите цену деления прибора.

Выполните поверку прибора по всей шкале при изменении тока и сравните показания образцового и исследуемого приборов. Данные занесите в табл. 1

Таблица 1

II. Измерение переменного тока с использованием электромагнитных амперметров и трансформаторов тока

1. Для проведения опыта соберите схему согласно рис.5.

2. Установите коэффициент трансформации трансформатора тока соответственно заданному преподавателем диапазону измерений(от 0,2 до 4А)а.

3. Меняя переменную нагрузку, наблюдайте за изменением показаний образцового и исследуемого приборов. Данные занесите в табл.2.

Таблица 2

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

1. Пользуясь результатами наблюдений, рассчитать абсолютную, относительную и приведенную погрешности измерений.

2. По наибольшему значению найденной величины приведенной относительной погрешности определить класс точности прибора магнитоэлектрической системы.

3. Рассчитать сопротивление шунта для заданного диапазона измерений и сравнить полученное значение с опытными данными.

4. Вычислить токовую погрешность для измерительного трансформатора тока.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что называется абсолютной, относительной и приведенной погрешностями?

2. Что такое класс точности и какие классы точности установлены ГОСТ?

3. Как расширяют пределы измерений амперметров?

4. Какие предосторожности необходимо соблюдать при экспериментальном определении величины сопротивления шунта?

5. При измерениях в какой части шкалы прибора относительная погрешность будет наибольшей?

6. Почему нельзя размыкать цепь работающего трансформатора тока?

7. Почему существует разница между действительным и номинальным коэффициентом трансформации измерительного трансформатора тока?

Размещено на Allbest.ru