2. Ток полного отклонения вольтметра типа д 57 равен 5 mА. Определите полнее входное сопротивление прибора на частоте 50 Hz для трех пределов измерения 15, 300, 600 V.

Решение. Полное входное сопротивление вольтметра определяется по закону Ома:

т.е.

З. Определить показания α_V цифрового вольтметра типа ВК7-10А. если на его вход подано пилообразное напряжение, максимальное значение которого U_m=141 V, частота напряжения f = 50 Нz.

Вольтметр имеет преобразователь средневыпрямленного значения с двух-полупериодной схемой выпрямления, открытый вход, показания програ­дуированы в действующих значениях синусоидального напряжения. Чему равно среднеквадратичное значение U исследуемого напряжения?

Решение.

Рис. 6.1

Период Т исследуемого напряжения

Мгновенное значение напряжения в пределах периода описывается линейной зависимостью

Показания вольтметра с учетом градуировки его шкалы в действующих значениях синусоидального напряжения

где U_СР.В - средневыпрямленное значение напряжения;

1,11 – коэффициент формы для синусоидального напряжения.

Среднеквадратичное значение исследуемого напряжения

Следует обратить внимание на то, что, несмотря на градуировку прибора в действующих значениях, показания не соответствуют дей­ствительному среднеквадратичному значению несинусоидального напря­жения.

Примеры для самостоятельной подготовки

1. Определите входное сопротивление электростатического вольт­метра с верхним пределом 75 V при частотах 50 и 1000 Hz,если входная емкость его равна С_V=30 pF.

Ответ: 106 и 5.3 МΩ.

2. Определите входную емкость измерительного устройства, состоящего из электростатического вольтметра с емкостным делителем, ис­пользуемого для измерения высокого напряжения, если C_V=4 pF; C₁=40 pF; C₂=20 pF. Вольтметр подключен параллельно конденсатору C.

Ответ: 13,75 pF.

3. Определите значение входного сопротивления вольтметра со ступенчатым включением добавочных резисторов на пределах U₁=100 mV, U₂=2,5 V и U₃=10 V, если ток полного отклонения рамки измерительного механизма I₀=50 μA.

Ответ: 2 kΩ; 50 kΩ; 200 kΩ.

4. Изменятся ли показания магнитоэлектрического и электромаг­нитного вольтметров, если фазу первой гармоники приложенного к ним напряжения, изменяющегося по закону сдвинуть на 130º?

Ответ: не изменятся.

5. Определите показания магнитоэлектрического, электромагнит­ного и электродинамического вольтметров, если измеряемое напряже­ние изменяется по закону

Ответ: 3 V; 5 V; 5 V.

6. Определите максимальное значение поданного на вольтметр с открытым входом, имеющий преобразователь среднеквадратичного зна­чения, напряжения треугольной формы, если шкала прибора проградуирована в действующих значениях синусоидального напряжения. Показание вольтметра α_V=100 V.

Ответ: K_a (K_a - коэффициент амплитуды треугольного на­пряжения).

7. Определите показания α_V электромагнитного вольтметра, если на его вход подано напряжение прямоугольной формы «меандр», максимальное значение которого U_m=141V, частота f=50 Hz.

Ответ: 141 V.

Контрольные вопросы

A. 1. Какой погрешностью нормируется класс точности аналогового прибора?

2. В каких значениях переменного напряжения проградуированы шкалы электромагнитных приборов?

3. Какое условное обозначение электромагнитного прибора на шкале?

4. Какое условное обозначение электростатического прибора на шкале?

5. В каких значениях синусоидального напряжения проградуиро­ван применяемый в работе цифровой вольтметр Щ4313?

6. Какой погрешностью нормируется класс точности цифрового прибора?

7. Назовите основные характеристики показывающих приборов.

8. Чему равно предельное значение вариации прибора?

9. Какой физической величиной обычно характеризуют собствен­ное потребление вольтметра?

10. Что является причиной возникновения методической погрешности измерения при подключении вольтметра в схему?

11. Имеются электромагнитный и электронный вольтметры с одина­ковыми пределами измерения. Какой из них имеет большее входное сопротивление?

12. Почему входное сопротивление электронного вольтметра слож­но определить при помощи амперметра?

13. Вольтметры какой системы работают только на постоянном то­ке?

14. Какая погрешность прибора называется основной?

15. Укажите правильное соотношение для основной приведенной погрешности.

16. Укажите правильное соотношение для основной относительной погрешности.

17. На какой отметке шкалы относительная погрешность измерения вольтметром с U_H=150 V будет наименьшей?

18. Что определяет числитель дроби 0,02/0,01, обозначающей основную погрешность прибора?

19. Что определяет знаменатель дроби 0,02/0,01, обозначающей основную погрешность прибора?

Б. 20. Каков частотный диапазон вольтметров выпрямительной системы?

21. Укажите частотный диапазон вольтметров электромагнитной сис­темы.

22. Каков частотный диапазон электронных вольтметров?

23. У вольтметров какой системы, электростатической или выпрямительной, частотный диапазон выше?

24. Каковы причины возникновения частотной погрешности в в вольтметрах электромагнитной системы?

25. Чем ограничивается точность выпрямительных вольтметров?

26. Укажите причины возникновения частотной погрешности в при­борах выпрямительной системы.

27. Укажите причины возникновения температурной погрешности в приборах выпрямительной системы.

28. На какое значение измеряемой величины реагируют магнитоэлектрические приборы с выпрямителями?

29. Как градуируется шкала электромагнитного вольтметра?

30. В каких значениях градуируются шкалы выпрямительных вольт­метров?

31. В каких значениях градуируются шкалы амплитудных вольт­метров для измерений в цепях синусоидальных напряжений?

32. На какое значение измеряемой величины реагируют магнитоэлектрические приборы?

33. Определите показание выпрямительного милливольтметра, имеющего двухполупериодную схему выпрямления, измеряющего напря­жение, сведения о котором даны на рис. 6.2. Шкала прибора проградуирована в действующих значениях синусоидального напряжения.

34. Определите показание электронного вольтметра с амплитуд­ным детектором с "закрытым" входом, если форма кривой напряжения имеет вид, изображенный на рис. 6.3. Шкала прибора проградуирова­на в амплитудных значениях.

Рис. 6.2 Рис. 6.3

35. Определите коэффициенты формы и амплитуды для напряжения, форма которого приведена на рис. 6.1.

Лабораторная работа № 7

Измерительные преобразователи (ИП) угловых перемещений

Контрольные вопросы

А. 1. Почему магнитопровод ферродинамического ИП выполняется из электротехнической стали, а не из обычной?

2. Для чего магнитопровод ферродинамического ИП выполняется из электротехнической стали, а не из ферромагнитного материала?

3. Как изменяется коэффициент взаимной индукции между подвижной и неподвижной обмотками прео6разователя при увеличении угла отклонения от нейтрального положения?

4. На каком принципе основано действие ферродинамического ИП?

5. При каком значении угла отклонения α_Х подвижной обмот­ки от нейтрального положения α_{0 ЭДС} катушки равна нулю?

6. С какой целью в цепь подвижной катушки ИП последовательно подключают неподвижную катушку, причем обе катушки магнитосвяза­ны с другой неподвижной катушкой, питаемой от источника переменного напряжения?

7. Каким должно быть минимальное значение ЭДС на зажимах неподвижной катушки, включенной в измерительную цепь преобразова­теля, чтобы фаза выходного сигнала оставалась неизменной при любом положении подвижной катушки?

8. Чем, в основном, объясняется нелинейность характеристики ферродинамического ИП?

9. Укажите правильную формулу, при помощи которой определяет­ся приведенная погрешность γ_Н ИП от нелинейности характеристики.

10. Как определяется чувствительность ферродинамического ИП?

11. Как определить коэффициенты взаимной индукции М₁₂ двух встречно (согласно) последовательно подключенньх индуктивностей L₁ и L₂?

12. Укажите условие возникновения автоколебаний в генераторе колебаний звуковых частот, собранном по схеме и с мостом L₁-L₂-R₁-R₂.

13. Чему равна частота f автоколебаний частотного ИП, если сопротивления R₁, R₂ и индуктивности L₁ L₂ равны между собой?

I4. Укажите правильную зависимость между индуктивностью L катушки, числом витков и активной составляющей магнитного сопротивления.

15. Какая зависимость существует между активной составляющей магнитного сопротивления R_M и длиной l_Х воздушного зазора?

16. На рис. 7.2 изображены принципиальные схемы индуктивных датчиков. Как будет изменяться индуктивность катушек в схемах а, б, в при указанных на рисунках перемещениях сердечника?

а) б) в)

Рис. 7.1

17. Чему равна чувствительность идеализированного частотного ИП?

18. Как определить приведенную погрешность γ_Н частотного ИП?

19. Какой из приведенных на рис. 7.1 индуктивных ИП обладает более высокой чувствительностью?

Рис. 7.2

20. Укажите наиболее правильное определение принципа действия индуктивных ИП.

От каких параметров зависит выходная величина ИП - индуктивность или взаимная индуктивность?

Б. 21. Какой метод преобразования использован в рассматриваемой лабораторной работе цифровом ИП?

22. Какой вид имеет число в двоичной системе счисления?

23. Укажите правильную запись числа 18 в двоично-десятичном коде.

24. Укажите правильную запись числа 18 в двоично-десятичном коде с "весами" элементов кода одного разряда 2, 4, 2, 1.

25. Запишите число в коде Грея.

26. Переведите из двоичного кода в код Грея число 01011.

27. Переведите из кода Грея в двоичный код число 01011.

28. Какое число десятичной системы обозначено в коде Грея числом 11001?

29. Запишите число 15 в двоичной системе счисления,

30. Какое число десятичной системы обозначено в коде Грея чис­лом 01001?

Лабораторная работа № 8

Измерение потерь в стали

Контрольные вопросы

1. При каких допущениях начерчена на рис. 6.1 векторная диаграмма для цепи, приведенной на рис. 8.3?

2. Определите допущения, с которыми начерчена векторная диаграмма на рис. 8.2 для схемы, изображенной на рис. 8.3.

Рис. 8.1 Рис. 8.2

3. Чему равны показания ваттметра в схеме рис. 8.3?

Рис. 8.3

4. Что произойдет с показаниями ваттметра, если его обмотку напряжения переключить на напряжение U₁?

5. Укажите формулу, по которой следует рассчитать потери в стали при допущениях, соответствующих диаграмме рис. 8.1.

6. Укажите формулу, по которой следует рассчитать потери в стали при допущениях, соответствующих диаграмме рис. 8.2.

7. Определите коэффициент трансформации намагничивающего ап­парата по данным векторной диаграммы рис. 8.1.

8. Почему при измерении потерь ваттметровым методом регулировку тока в цепи обмотки намагничивания производят при помощи автотрансформатора (либо специального источника напряжения), но не при помощи резисторов с пеpеменным сопротивлением?

9. Определите средневыпрямленное значение ЭДС Е_СР, ин­дуктированной в катушке с числом витков, равным N потоком

10. Какую форму будут иметь величины i₁, e₂, Ф(t) (см. рис. 8.3), если R_OH<<X_OH?

11. Какую форму будут иметь величины i₁, e₂, Ф(t) (см. рис. 8.3), если R_OH>>X_OH?

12. Для определения амплитуды переменного магнитного потока из­меряют среднее значение ЭДС, наводимой в измерительной обмот­ке этим потоком. Какое основное требование при этом предъявляет­ся к приборам-измерителям среднего (средневыпрямленного) значения?

13. Почему ваттметровый метод предполагает использование малоко­синусного ваттметра?

14. Как зависят потери на вихревые токи от частоты?

15. Как зависят потери на гистерезис от частоты?

16. Какую форму будет иметь ток в цепи намагничивающей обмот­ки, если регулировка его будет выполняться резистором с большим сопротивлением?

17. В результате двух опытов, проведенных при частотах f₁ и f₂, определены суммарные потери в стали Р₁ и Р₂. Установите зависи­мость потерь на вихревые токи исследуемого образца от частоты аналитическим методом.

18. В результате двух опытов, проведенных при частотах f₁ и f₂, определены суммарные потери в стали Р₁ и Р₂. Установите аналити­ческим методом зависимость потерь на гистерезис от частоты для данного образца.

19. Показания ваттметра в схеме рис. 8.3 будут равны . Рассматривая диаграмму рис. 8.1, можно написать

Полагая, что и зная уравнение потерь в стали , выведите формулу

20. При каком условии напряжение U_c на конденсаторе С (см. рис. 8.4) будет пропорционально индукции В в материале сердечника?

Рис. 8.4

21. Покажите, что напряжение U_R1 (рис 8.4) пропорционально напряженности Н магнитного поля.

Б. 22. Определите масштаб развертки напряжения на экране осциллографа, если на его вход подано постоянное напряжение U, а на экране наблюдается световая полоса длиной l.

23. Изобразите 2-3 мгновенных значения тока при заданных за­висимости Ф (i) и потоке .

Рис. 8.5

24. Изобразите 2-3 точки зависимости потока Ф (t) от време­ни при заданных зависимостях Ф(i) и i(t).

Рис. 8.6.

25. Будут ли отличаться гистерезисные циклы, полученные при воздействии на один и тот же образец а) переменным и б) пос­тоянным током одинаковых значений?

26. В каком режиме динамическая петля шире - в режиме синусои­дальной индукции или в режиме синусоидальной напряженности (при одинаковых значениях В_m)?

27. Почему для расчета амплитудного значения напряженности магнитного поля нельзя использовать показания амперметра, включенного в цепь намагничивающей обмотки?

28. Как изменится вид динамической петли гистерезиса с измене­нием частоты?

29. К каким входам осциллографа следует подвести напряжения U_C и U_R1 (рис. 8.4), чтобы получить на экране динамическую петлю В(Н)?

30. Как построить основную кривую намагничивания?

Лабораторная работа № 9

Измерение частоты, интервалов времени и разности фаз

Контрольные вопросы

А. 1. Какие существуют методы измерения частоты?

2. Какие приборы предназначены для непосредственного измерения частоты?

3. Какие существуют методы измерения интервалов времени?

4. Какой способ применяется для непосредственного измерения интервалов времени?

5. На чем основан принцип действия электродинамического часто­томера?

6. Укажите правильную векторную диаграмму электродинамического частотомера.

7. Какое положение занимает указатель отключенного электродинамического частотомера?

8. Почему электродинамические частотомеры применяют только в цепях больших токов?

9. В чем заключается принцип действия электронного конденса­торного частотомера?

10. Каково назначение входного устройства в конденсаторных частотомерах?

11. Каково назначение ограничителя в схеме электронного конден­саторного частотомера?

12. Каким образом в конденсаторных частотомерах выбираются под­диапазоны измеряемых частот?

13. При каком условии шкалу выходного прибора в электронном кон­денсаторном частотомере можно проградуировать в значениях частоты?

14. Чем определяется погрешность измерения частоты синусоидальных сигналов электронными аналоговыми частотомерами?

15. Для измерения каких величин применяются цифровые частотомеры?

16. Как с помощью цифрового частотомера измерить частоту?

17. Чем обусловлено возникновение погрешности при измерении частоты цифровыми частотомерами?

18. Как изменяется относительная погрешность измерения частоты цифровым частотомером с увеличением частоты при неизменном значе­нии интервала времени измерения?

19. Как повысить точность измерения частоты цифровым часто­томером на низких частотах?

20. Как с помощью цифрового частотомера измерить период?

21. Как с помощью цифрового частотомера измерить интервал времени?

22. Как с помощью цифрового частотомера измерить длительность импульса?

Б. 2З. Какие существуют методы измерения угла сдвига фаз меж­ду током и напряжением?

24. Какие существуют методы измерения угла сдвига фаз мeжду двумя напряжениями?

25. В каких единицах нормируется погрешность измерения угла фаз?

26. Для измерения каких величин применяются электродинамиче­ские фазометры?

27. Укажите правильную векторную диаграмму электродинамиче­ского фазометра.

28. На какой отметке шкалы устанавливается стрелка у невклю­ченного электродинамического фазометра?

29. Поясните принцип измерения угла сдвига фаз между двумя напряжениями электронным аналоговым фазометром.

30. Какой прибор используется в качестве выходного в электронных аналоговых фазометрах?

31. Какой параметр импульса тока, поступающего на выходной прибор в электронном аналоговом фазометре, пропорционален углу сдвига фаз?

32. Что произойдет, если на вход электронного аналогового фа­зометра подать только исследуемое напряжение?

33. Какой принцип положен в основу работы цифрового фазометра?

34. В какие промежуточные величины, удобные для квантования, преобразуют угол сдвига фаз в цифровых фазометрах?

35. Какие значения угла сдвига фаз можно измерять с помощью цифровых фазометров с квантованием временных интервалов?

З6. Как зависит среднеквадратическая погрешность результата измерения в цифровом фазометре от числа измерений?

40