Міністерство освіти і науки України

Індустріально-педагогічний технікум Конотопського інституту

Сумського державного університету

 

 

Дисципліна: Електротехніка з основами електроніки

 

Робочий зошит для самостійного вивчення теми «Електровимірювання».

Методична розробка

 

Розробив викладач Сердюк В. В.

Розглянуто і схвалено цикловою комісією

_____________________________дисциплін

Протокол № ________від_________20___ р.

Голова циклової комісії

__________________________/СердюкВ.В./

 

 

 

2017

Зміст:

 

1. Загальні відомості про електричні вимірювання.                                                                4

2. Прилади магнітоелектричної, електромагнітної,  електродинамічної,

індукційної та електростатичної  систем.                                                                                7

3. Вимірювання струму, напруги, потужності, опору, електроенергії (I, U, Р, R і W).         13

4. Розширення меж вимірювання струму та напруги.                                                             18

5.  Поняття про логометр.                                                                                                         22

6. Електронні цифрові вольтметри.                                                                                          24          

8. Тематичне оцінювання                                                                                                          26

9. Критерії оцінювання                                                                                                              32

Список використаних джерел                                                                                                   33

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вступ

Робочий зошит учня призначений для організації самостійної роботи студентів ІПТ КІ Сум ДУ, проведенню самоконтролю та контролю знань з боку викладача з предмету «Електротехніка з основами електроніки» по темі «Електровимірювання». Запропонований робочий зошит відповідає змісту навчальної програми з дисципліни «Електротехніка з основами електроніки».

Система завдань в робочому зошиті доповнює та розширює систему завдань навчальних підручників і посібників з предмету «Електротехніка з основами електроніки» по темі «Електровимірювання». В робочому зошиті подані опорні теоретичні положенння теми, запитання самоконтролю знань, тестові завдання на порівняння, співвідношення, визначення систем електровимірювальних приладів по даному опису, задачі, завдання на розвиток технічного та логічного мислення, тематичне оцінювання.

Робочий зошит містить велику кількість ілюстрованого матеріалу, електричних схем, таблиць, технічних характеристик, алгоритмів, формул, що підвищує пізнавальну діяльність студентів до вивчення теми «Електровимірювання»  та якість знань,  допомагає студентам краще засвоїти і закріпити вивчений матеріал.

       Рекомендовано викладачам електротехнічних дисциплін, майстрам виробничого навчання та студентам відділення «Професійна освіта» профілів: «Електротехніка», «Зварювання», «Транспорт», «Будівництво». Зошит також може бути корисним при вивченні дисциплін: «Загальна електротехніка з основами автоматики», «Електротехніка та електроніка», «Основи електротехніки та електроніки».

 

 

 

 

Державний навчальний заклад

«Індустріально-педагогічний технікум Конотопського інституту Сумського Державного університету»

 

 

 

 

 

 

РОБОЧИЙ ЗОШИТ

студента з предмету: «Електротехніка з основами електроніки»

Тема: «ЕЛЕКТРОВИМІРЮВАННЯ»

 

 

Студент ______________________________________________________________________

Група ______________________________________________________________________

Курс _______________________________________________________________________

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Викладач Сердюк Валентина Василівна

1. Загальні відомості про електровимірювання.

Електричні вимірювання являють собою знаходження значень фізичних величин дослідним шляхом за допомогою електротехнічних засобів.

 Засобами електричних вимірювань можуть бути: міри, електровимірювальні прилади, вимірювальні перетворювачі, електровимірювальні установки і системи.

 

 

 

 

 

Існують два основних методи електричних вимірювань:

1. Метод безпосередньої оцінки.

2. Метод порівняння.

В методі безпосередньої оцінки вимірюєма величина, відраховується безпосередньо на шкалі приладу. При цьому шкала приладу попередньо градуюється  в одиницях вимірюємої величини.

 В методі порівняння вимірюєма величина порівнюється безпосередньо з еталоном, зразковою або робочою мірою. Метод порівняння використовують головним чином в лабораторних умовах, він потребує порівняно складної апаратури, високої кваліфікації операторів і значних затрат часу (мости постійного струму, потенціометри).

Під час електричних вимірювань показники приладів можуть дещо відрізнятись від значень, що точно відповідають вимірюємій величині.

 

 

 

 

 

 

 Різниця між знайденим і дійсним значенням вимірюємої величини називається абсолютною похибкою вимірювання.

ΔА=

А- вимірюване значення.

А – дійсне.

 Якість вимірювання оцінюється відносною похибкою вимірювання, що являє собою виражене у відсотках відношення абсолютної похибки до дійсного або наближеного знайденого значення вимірюємої величини.

γ =%

 

 

 

 

 

Умовні позначення електровимірювальних приладів:

	Магнітоелектричний прилад
	Електродинамічний прилад
	Електромагнітний прилад
	Феродинамічний прилад
	Індукційний прилад
	Електростатичний прилад
	Біметалічний прилад
	Випрямний прилад з магнітоелектричним вимірювальним механізмом

 

 

Самоконтроль

Модуль 1

Прочитай твердження. Відміть вірні твердження знаком «+», а не вірні – знаком «-».

1.Електричні вимірювання являють собою знаходження значень фізичних величин дослідним шляхом за допомогою електротехнічних засобів . 2.В методі безпосередньої оцінки вимірюєма величина, відраховується безпосередньо на шкалі приладу. 3.В методі безпосередньої оцінки вимірюєма величина порівнюється з еталоном. 4.Різниця між знайденим і дійсним значенням вимірюємої величини називається абсолютною похибкою вимірювання . 5. Вимірювання напруги за допомогою потенціометра відноситься до методу безпосередньої оцінки. 6.  Вимірювання опору за допомогою моста постійного струму відноситься до методу порівняння .

1.     2.    3.   4.     5.   6.

 

Модуль 2.  Виберіть правильну групу пропущених слів.

 Якість вимірювання оцінюється (1) похибкою вимірювання, що являє собою виражене у (2) відношення (3) похибки до (4) або наближеного знайденого (5) вимірюємої величини.

 Група А                             Група Б                                          Група В

 

1. відносною                     1. абсолютною   1. значення

2. відсотках 2. відносних 2. дійсного

3. абсолютної 4. дійсного                              3. відносних

5. дійсного 4. відсотках 4. абсолютної

5. значення 5. значення 5. відсотках

Відповідь: Група __________

Модуль 3. До якого методу відносяться вимірювання, що виконуються  наведеними на фото приладами?

 

а) метод безпосередньої оцінки;    б) метод порівняння.

Відповідь: ____________.

Приклади розв’язування задач

Приклад 1.  Визначити похибку при вимірюванні струму амперметром з класом точності 1,5, якщо верхня межа вимірювання амперметра 30А, а показання амперметра 15А.

Рішення

Похибка (найбільш можлива) при вимірюванні струму:

γ = γ_пр ∙(І_н/І₁)= ±1,5%∙(30/15) = ±3%

 Відповідь: Похибка (найбільш можлива) γ = ±3%.

 Приклад 2.  Дійсне значення напруги мержі U=195В. При вимірюванні вольтметр показав напругу U_вим=200В. Якою є абсолютна і відносна похибка цього вимірювання?

Рішення

1. Визначаємо абсолютну похибку:

∆U = U_вим - U = 200-195 = 5 В

2. Визначаємо відносну похибку:

γ =

Відповідь: абсолютна похибка ∆U = 5 В; відносна похибка γ=2,56%

Модуль 4.  Розв’язати задачі:

А. Під час вимірювання напруги вольтметром класу точності 0,5, розрахованим на напругу 300В виміряно 200В. Визначити в яких границях перебуває дійсне значення виміряної напруги.

Дано: ________________________________________________________________________

Знайти: ______________________________________________________________________

Рішення: _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

Відповідь: ____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

Б. Вольтметр з номінальною величиною 250В і з відносною похибкою 4% показує 200В. Яким є можливе дійсне значення напруги.

Дано: ________________________________________________________________________

Знайти: ______________________________________________________________________

Рішення: _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

Відповідь: ____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

 

 2. Прилади магнітоелектричної, електромагнітної, електродинамічної,  індукційної та електростатичної систем.

Магнітоелектричний прилад складається із постійного магніту N-S Магнітопроводу із м’якої сталі – 1, полюсних наконечників – 5, стального циліндра – 8 і легкої алюмінієвої рамки 7, на яку намотана тонка ізольована проволока.

До рамки встановленої на двох на півосях, прикріплений стрілкотримач – 3 зі стрілкою – 2. Рамка пов’язана з протидіючими пружинами – 4. Для встановлення стрілки на нуль служить коректор.

 

 

 

 

 

 

 

Кінці обмотки рамки електрично з’єднані зі спіральними пружинами, якими струм проходить до котушки (обмотка на рамці – 7).

За наявності струму на активну довжину витка котушки (та частина сторони рамки, що знаходиться в магнітному полі). Згідно з законом Ампера діє сила:

  де - кількість витків котушки.

Під дією пари сил, що діють на обидві активні сторони котушки створюється обертовий момент:

        М

де b, S відповідно ширина і площина котушки ( S=b·l);

- стала приладу, дорівнює потокозчепленню  котушки.

Із останнього виразу зрозуміло, що , пропорційний струму I.

Враховуючи, що М, кут повороту рамки теж пропорційний струму I.

                

де  чутливість вимірювального механізму за струмом, величина стала.

k - коефіцієнт пропорційності.

 При обертанні алюмінієвої рамки в магнітному полі постійного магніту в рамці, як у витку, індукується струм. Взаємодія цього струму з магнітним полем забезпечує заспокоєння коливань рухомої частини приладу при її відхиленні.

 Прилади магнітоелектричної системи застосовують тільки для вимірювання постійного струму, напруги, опору тощо.

 Магнітоелектричні амперметри і вольтметри являються основними вимірювальними приладами в колах постійного струму.

 Прилади магнітоелектричної системи мають високу точність і чутливість, малу власну споживаєму енергію. Вони мають рівномірну шкалу (кут відхилення стрілки пропорційний струму), їх показання майже не залежать від впливу зовнішніх магнітних полів. Основний недолік – неможливість вимірювань в колах змінного струму.

 Для вимірювань в колах змінного струму магнітоелектричні прилади вмикають через випрямлячі.

 Будова електромагнітного вимірювального механізму зображена на малюнку. Він складається із нерухомої плоскої котушки – 1 і закріпленої на осі рухомої пластинки – 2 із магнітного матеріалу. Коли через котушку проходить струм, створюється магнітне поле, яке втягує феромагнітну пластинку всередину котушки. При цьому вісь зі стрілкою повертається на певний кут.

Обертовий момент, що виникає, пропорційний квадрату струму:

М

Протидіючий момент, що створюється спіральною пружиною – 3:

М

Враховуючи рівність Мотримуємо:

де С, С - сталі коефіцієнти.

4 – сегмент заспокоювача.

Завдяки тому, що М протидіючий момент повністю урівноважує обертовий момент і стрілка по шкалі приладу вказує вимірюємо величину.

 Електромагнітні прилади придатні для вимірювань в колах постійного і змінного струму, оскільки в будь-якому випадку струм збуджує магнітне поле, що діє на осердя (пластину, а останній при змінному струмі відповідно перемагнічується).

Заспокоювач призначений для зменшення часу коливань рухомої частини, що виникають після кожного вимірювання вимірюваної величини.

Прилади електромагнітної прості і надійні і мають високу перевантажувальну здібність.

 Недоліки – низька чутливість, невисока точність, значне власне споживання енергії, нерівномірність шкали, вплив зовнішніх магнітних полів на показання приладів.

Електродинамічні та феродинамічні ВМ.

Дія приладів електродинамічної системи основана на принципі механічної взаємодії провідників, по яким проходить струм.

Електродинамічний ВМ складається із нерухомої 1 і рухомої 2 котушок (рис. 8.5.). Рухома котушка може повертатися довкола осі всередині двох секцій нерухомої котушки. За наявності в котушках струмів І₁ та І₂ виникають електромагнітні сили, які намагаються повернути котушку 2 співосно з котушкою 1. В результаті виникає момент: При синусоїдних струмах

таобертовий момент , а кут

відхилення рухомої частини дорівнює:

(8.12)

Електродинамічні прилади застосовують в колах постійного та змінного струмів для вимірювань струму, напруги й потужності. Вони мають високу точність (клас точності: 0.1; 0.2 і 0.5), покази їх не залежать від форми кривої струму чи напруги.

До недоліків належить низька чутливість, велике споживання потужності (0,5 - 15 Вт), вплив зовнішніх магнітних полів та обмежений діапазон частот.

 Амперметри і вольтметри електродинамічної системи мають квадратичну шкалу. Електродинамічні ватметри мають рівномірну шкалу.

 Феродинамічні ВМ за принципом дії входять в одну групу з електро­динамічними, але відрізняються від них за конструкцією: нерухому котушку розміщують на магнітопроводі. Наявність магнітопроводу призводить до значного збільшення обертового моменту й зменшення впливу зовнішніх магнітних полів.

Індукційні ВМ (рис. 8.6.) складаються з двох нерухомих магнітопроводів з котушками зі струмами і₁ та і₂ та рухомого алюмінієвого диска, закріпленого на осі. Магнітні потоки Ф₁ і Ф₂, створені синусоїдними струмами і₁ та і₂ зсунуті в просторі і пронизують диск. В диску створюється текуче  магнітне поле, наводяться вихрові струми і₁ та і₂, під впливом яких диск буде обертатись. Постійний магніт

служить для створення гальмівного моменту:

    (8.13)

де (φ— кут зсуву фаз між струмами і₁ та і₂ (чи потоками Ф₁,  і Ф₂);  

Вимірювальні прилади на базі індукційних ВМ використовуються, головним чином, як однофазні і трифазні лічильники електричної енергії змінного струму. Лічильники мають класи точності 1.0; 2.0 і 2.5. Промисловість випускає однофазні лічильники на 5 і 10 А напругою 127 і 220 В; трифазні до 50 А напругою 127, 220 і 380 В для безпосереднього вмикання і до 2000 А і 35 кВ для вмикання через вимірювальні трансформатори.

Індукційні вимірювальні механізми працюють тільки на змінному струмі і застосовуються в лічильниках енергії і у ватметрах, проте можуть бути також застосовані у вольтметрах і амперметрах.

Електростатичні ВМ (рис. 8.7). Складаються із двох (або більше) металевих ізольованих пластинок, які виконують роль електродів. На нерухомі пластинки 1 подається потенціал одного знаку, а на рухомі 2 – потенціал іншого знаку. Рухома пластинка разом з покажчиком закріплена на осі й під дією сил електростатичного поля між пластинами повертається. При постійній напрузі U між пластинками обертовий момент пропорційний зарядам (q=CU) на цих пластинках, де С – ємність між рухомими й нерухомими пластинками:

(8.14)

При синусоїдній напрузірухома частина ВМ реагує на середнє значення моменту,  що дорівнює - діюче  значення напруги.

Електростатичні прилади викори­стовують тільки як вольтметри постій­ного й змінного струмів. Як видно із останнього виразу, кут відхилення по­кажчика пропорційний квадрату напруги, тобто шкала є квадратичною. Часто, підбираючи форму пластинок, одержу­ють практично рівномірну шкалу (в ме­жах від 10-100% U_H).

Електростатичні вольтметри спо­живають дуже малу кількість енергії, при­датні в межах великих частот (до 10 МГц), нечутливі до зовнішніх магнітних полів, коливання температури та форми кривої вимірюваної напруги.

До недоліків належить порівняно низька чутливість, нижня межа вимірювання становить близько 10 В.

Самоконтроль

Модуль 1.  Виберіть правильну відповідь.

1. Для чого осердя електромагнітів індукційних вимірювальних механізмів набирають з тонких листів електротехнічної сталі, ізольованих один від одного?
а)  для зменшення втрат на вихрові струми;	б) для зменшення маси вимірювального механізму;	в) для поліпшення технічних характеристик;	г) інша відповідь.
2. Чи можна використати прилад електромагнітної системи для вимірювання в колі змінного струму?
а) недовго;	б) ні;	в) так;	г) немає   відповіді.
3.   На чому базується принцип дії приладів магнітоелектричної системи?
а) на явищі гістерезису;	б) на івищі самоіндукції;	в) на впливі магнітного поля постійного магніту на струм ;	г) інша відповідь.
4.  Для чого служить постійний магніт в вримірювальних приладах індукційної системи?:
а) для створення гальмівного моменту;	б)  для створення вихрових струмів;	в)  для підсилення магнітного поля електромагнітів;	г)  немає відповіді.

 

Відповідь: 1 - ____ ,   2 - ____  ,  3 - ____ , 4 - ____ .  

Модуль 2.  Допишіть речення:

1.Повітряний заспокоювач призначений для ………………………………………………………

…………………………………………………………………..

2. Протидіючі пружини в приладах магнітоелектричної системи призначені для створення ………………………………………………………………………………………..

3. Електромагнітні прилади придатні для вимірювань..........................................................................

……………………………………………………………………………………………………...

4. Дія приладів електродинамічної системи основана на принципі …..............................................

……………………………………………………………………………………………………...

Модуль 3. До якої системи належить електровимірювальний механізм наведений на фото?

 

а) магнітоелектричний;    б) електромагнітний;    в) індукційний;    г) електродинамічний.

Відповідь: ____________.

 3. Вимірювання опору, струму, напруги, потужності.

 

Для безпосереднього (прямого) вимірювання опорів служать омметри і мегаомметри. Мегаомметри використовують для вимірювання опору ізоляції електричних кіл, обмоток електричних машин і електроустановок.

Для точних вимірювань опорів в лабораторних умовах застосовують мости постійного струму.

Міст для вимірювання опорів складається із трьох плечей – трьох магазинів  опорів (котушок опорів з’єднаних по певній схемі і закріплених в загальний кожух) , і , які разом з четвертим плечем – вимірюємим опором утворюють замкнений контур АГБВ. До точок В і Г під’єднують джерело живлення, а до точок А і Б  - гальванометр.

Регулюванням опорів , і добиваються нульового відхилення стрілки гальванометра. В цьому випадку (міст урівноважений) потенціали точок А і Б однакові, а отже:

і

Розділивши плече однієї рівності на інше, отримаємо:

звідки:    (1).

За формулою 1 підраховуємо вимірюємий опір.

Виміряти опір можна непрямим методом користуючись амперметром і вольтметром. Величина опору визначається в даному випадку двома схемами, які наведені нижче.

Схема 1                                    Схема 2

Для вимірювання великих опорів, коли R_X » R_A використовують схему1, а значення опору знаходять за допомогою формули: ;

Для вимірювання невеликих опорів, коли R_X « R_V використовують схему2, а значення опору знаходять за допомогою формули: ;

Опір можна виміряти за допомогою амперметра і вольтметра, або омметра (мегометра).

Для вимірювань струму і напруги

                               

в колах змінного і постійного струму найчастіше застосовують прилади електромагнітної системи. Силу струму вимірюють амперметром, який вмикають в коло послідовно з навантаженням, а напругу вольтметром, який вмикають  паралельно до навантаження. Амперметр повинен мати як можна  менший опір для запобігання зайвого падіння напруги на ньому, а вольтметр повинен мати значний опір для зменшення протікаючого по ньому струму.

Для  вимірювання активної потужності в колах змінного струму, як правило, використовують ватметри електродинамічної і феродинамічної систем.

Для вимірювання струму, напруги і потужності в колах постійного та однофазного змінного струму використовують слідуючі схеми:

 

Нерухому (амперметрову) обмотку ватметра вмикають в коло послідовно, рухому (вольтметрову) – паралельно споживачу.

При вимірюванні струму і напруги в трифазних колах виконують слідуючі правила. При рівномірному навантаженні фаз (наприклад в колах електродвигунів) амперметр вмикають тільки в одну із фаз; при нерівномірному навантаженні (наприклад чотирипровідне коло з освітлювальним навантаженням) амперметри вмикають в усі три фази. Вольтметр вмикають на лінійну напругу (між двома лінійними дротами). Для вимірювання фазної напруги вольтметр вмикають між лінійним і нульовим провідниками.

Для вимірювання потужності в колах трифазного струму використовують трифазний ватметр, що вимірює загальну потужність всіх трьох фаз. Такі ватметри мають дві струмові котушки, в яких обертаються котушки напруги.

 

Приклад розв’язування задачі

Приклад 1.  Амперметр з опором r_А=0,01 Ом і вольтметр з опором r_V=25 Ом застосовуються всхемі для вимірювання опору якоря електродвигуна. Скласти схему для вимірювання методом амперметра і вольтметра, а також визначити наближене і точне значення опору.

Рішення

Оскільки вимірюємий опір може бути невеликим, до цілих значень ома, то слід застосувати наступну схему:

Наближене значення опору дорівнює:

Точне значення опору для даної схеми:

 Відповідь: наближене значення опору   = 0,147 Ом.

 

 

 

 

 

Самоконтроль

Модуль 1

Прочитай твердження. Відміть вірні твердження знаком «+», а не вірні – знаком «-».

1. Для вимірювання струму в будь-якій вітці електричного кола амперметр вмикають послідовно з її елементами . 2. Струмова обмотка ватметра вмикається в коло паралельно до навантаження, а обмотка напруги – послідовно з навантаженням. 3. Вольтметр вмикають паралельно до тієї вітки електричного кола, напругу на якій необхідно виміряти. 4. При вимірюванні струму в колі з рівномірним навантаженням амперметр вмикають тільки в одну з фаз. 5.  Для вимірювання фазної напруги вольтметр вмикають між лінійним і нульовим провідниками . 6. Для точних вимірювань опору в колі користуться методом амперметра і вольтметра.

1.     2.     3.     4.     5.   6.

Модуль 2.  Виберіть правильну відповідь:

1.  Вимірявши напругу і силу струму в колі постійного струму, його потужність можна визначити за формулою. Вказати правильний варіант відповіді.
а) P=I∙U;	б)  S=I∙U ;	в)  Q=I∙U ;	г)  P=I∙U∙cosφ .
2. За умови рівноваги моста постійного струму стрілка гальванометра займе наступне положення. Вказати правильний варіант відповіді.
а) відхилиться вліво;	б)  відхилиться вправо ;	в) 0;	г)коливатиметься.
3.  Вимірювальні механізми, кут повороту рухомої частини яких залежить від струмів називаються :
а) логометри;	б) гальванометри;	в) перетворювачі;	г) магазини.
4. В яких колах вимірють електричну енергію індукційними лічильниками?
а) постійного струму;	б) змінного струму;	в) постійного і змінного струму;	г)  немає відповіді.

Відповідь: 1 - ____ ,   2 - ____  ,  3 - ____ , 4 - ____ .  

Модуль 3.  В вказаному прямокутнику накресліть електричні схеми:

А. Схему вмикання амперметра для вимірювання струму в однофазному колі змінного струму:

 

 

 

 

 

 

 

 

Б. Схему вмикання ватметра для вимірювання потужності в однофазному колі змінного струму:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В. Схему для вимірювання опору методом амперметра і вольтметра, якщо вимірюємий опір набагато менший за опір вольтметра :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Розширення меж вимірювання струму та напруги.

Шунти

застосовують для розширення меж вимірювання вимірювальних механізмів по струму. Шунти мають невеликий опір і застосовуються, як правило, в колах постійного струму з магнітоелектричними вимірювальними механізмами. Шунти вмикаються в коло паралельно до амперметра.

Для розширення меж вимірювання по напрузі,

Додатковий опір Р4201

як правило, в колах постійного струму  використовують додаткові опори, які вмикають  послідовно з вольтметром.

Величину шунта і додаткового опору можна визначити за наступними формулами:

;;

Де ; – коефіцієнти розширення меж вимірювання за струмом і за напругою відповідно;

І_А, U_V – максимально допустимі: струм амперметра та напруга вольтметра.

Для вимірювання великих змінних струмів і великих змінних напруг користаються допоміжними приладами - вимірювальними трансформаторами. Великі струми і напруги підводяться до первинних обмоток цих трансформаторів. До вторинних обмоток підключаються вимірювальні припади.

Вимірювальні трансформатори дозволяють розширити границі виміру приладів, які застосовуються, і забезпечити належним чином їхню електричну ізоляцію від високої напруги.

Трансформатори струмів поділяються на п'ять класів точності відповідно до величини допустимої похибки. Номінальний струм у Вторинній обмотці здебільшого дорівнює 5 А. У зв'язку з цим вимірювальні припади, що включаються через трансформатор струму, розра­ховуються на струм у 5 А. На шкалах приладів, призначених для мм і ікання з вимірювальним трансформатором, маються написи у вигляді дробу, чисельник якого відповідає номінальному струму Первинної обмотки, а знаменник - струму вторинної обмотки.

Трансформатори напруги поділяються на три класи точності. Відповідно до прийнятого стандарту напруга у вторинній обмотці Повинна бути 100 В.

Вимірювальні прилади, що підключаються до трансформаторів напруги, розраховуються звичайно на 130-140 В. На шкалах таких приладів також є позначення у вигляді дробу. У чисельнику дробу зазначена первинна, а в знаменнику — вторинна напруга вимірювального трансформатора.

 

 

 

Самоконтроль

Модуль 1.  У вказаному прямокутнику накресліть:

А. Схему смикання шунта в коло постійного струму :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Б. Схему смикання додаткового опору в коло постійного струму :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Модуль 2.  Допишіть речення:

Для розширення меж вимірювання вимірювальних механізмів по струму ………………....

………………………………………………………………………………………………...…………....

Для розширення меж вимірювання вимірювальних механізмів по напрузі ……………….... ……………………………………………………………………………………….………………....

Для вимірювання великих змінних струмів  ………………………………………...…………...

………………………………………………………………………………………………...…………....

Для вимірювання великих великих змінних напруг………………………………………...………….

………………………………………………………………………………………………...…………....

Модуль 3. Виберіть правильну відповідь:

1.  Визначити правильну  формулу для знаходження величини опору шунта. Вказати правильний варіант відповіді.
а)  ;	б) ;	в)  ;	г) немає відповіді.
2.   Визначити правильну  формулу для знаходження значення величини додаткового опору.  Вказати правильний варіант відповіді.
а) ;	б)  ;	в)  ;	г)  немає відповіді.
3.  Яке номінальне значення струму має вторинна обмотка вимірювального трансформатора струму?
а) 10А;	б) 1А;	в) 5А;	г) 2А.
4.   Яке номінальне значення напруги має вторинна обмотка вимірювального трансформатора напруги? Вказати правильний варіант відповіді.
а) 200В;	б) 100В;	в) 300В;	г) немає    відповіді.

Відповідь: 1 - ____ ,   2 - ____  ,  3 - ____ , 4 - ____ .  

Приклади розв’язування задач

Приклад 1. Розрахувати шунт до амперметра типу М340 з межею вимірювання І_н = 0,3А і внутрішнім опором г_А⁼0,5 Ом, якщо його використали для вимірювання струму І =100А.

Рішення

Визначаємо коефіцієнт шунтування:

Визначаємо опір шунта:

Відповідь : r _ш   = 1,5∙10^-3 Ом

Приклад 2. Вольтметром зі шкалою на 50В потрібно виміряти напругу до 250В. Якої величини потрібно ввімкнути додатковий опір, якщо опір вольтметра дорівнює 1000Ом.

Рішення

Визначаємо коефіцієнт розширення межі вимірювання:

Визначаємо додатковий опір:

Відповідь : r _д   = 4000 Ом

 

Модуль 4.  Розв’язати задачі:

А. Вольтметр має шкалу до 120В. Його опір 12000 Ом. Додатковий опір до цього вольтметра дорівнює 36000 Ом. Яку найбільшу напругу можна виміряти?

Дано: ________________________________________________________________________

Знайти: ______________________________________________________________________

Рішення: _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

Відповідь: ____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

Б. Амперметром зі шкалою на 5А потрібно виміряти струм до 50А. З яким опором слід взяти для цього шунт, якщо опір амперметра дорівнює 0,09Ом? Яким буде значення струму, якщо амперметр покаже 4А?

Дано: ________________________________________________________________________

Знайти: ______________________________________________________________________

Рішення: _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

Відповідь: ____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

В. До мережі однофазного струму через трансформатори струму 200/5 і напруги 6000/100 підключені амперметр, вольтметр і ватметр. Визначте показання всіх приладів, якщо відомо, що струм в колі 168 А, напруга 3300 В і cosϕ = 0.74.

Дано: ________________________________________________________________________

Знайти: ______________________________________________________________________

Рішення: _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

Відповідь: ____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

5. Поняття про логометр.

Логометри.

                 

Логометрами називають прилади, які вимірюють відношення двох струмів. Логометром може бути будь-який з розгля­нутих механізмів, якщо протидіючий момент в них створити не пружи­ною, а так само, як і обертаючий момент. Таким чином, в логометрі мають створюватися два моменти, спрямовані один назустріч іншому, тому рухома система обертатиметься в бік більшого з них.

Конструктивно логометр зроблено так, щоб по мірі повороту рухомої системи більший з моментів зменшується, а менший збільшується. Поворот рухомої системи припиняється, коли моменти стають рівними. Таким чином, у логометрах пружин нема і у вимкнутому стані стрілка може перебувати на будь-якій поділці шкали в положенні байдужої рівноваги.

Рис.60. Логометри:

У логометрах магнітоелектричної системи на півосях встанов­люють не одну, а дві рамки, скріплені одна з одною під кутом 45° (рис.60, а). Через особливу форму осердя магнітна індукція в повітряному проміжку розподілена нерівномірно. Найбільшого значення вона досягає в точках, які лежать на вісі 00₁ де проміжок найменший.

У точках, що лежать на вісі, перпендикулярній до першої, повітряний проміжок найбільший, і магнітна індукція в них мінімальна.

Струми, які треба порівняти, пропускаються через обмотки рамок, причому їх напрями в обмотках вибираються так, щоб сили F₁ та F₂, які діють на активні сторони рамок, були спрямовані в протилежні боки. У загальному випадку, завдяки нерівномірному розподілу магнітної індукції в проміжку і нерівності струмів, обертаючі моменти, створені силами F₁ і F₂, не дорівнюють один одному, і рамки повертаються в бік більшого (припустимо, в бік дії сили F₁).

Обертаючись, рамка 1 переходить у зони з меншою магнітною індукцією, а рамка 2 - в зони з більшою. Тому в міру повороту рухомої системи момент М₁ зменшується, а М₂ - збільшується. Поворот рамок припиняється, коли моменти зрівнюються. Оскільки величини моментів залежать від струмів в обмотках і від положення рамок, то положення стрілки на шкалі залежить від співвідношення між струмами, де а - кут повороту рухомої системи відносно нульового положення, при якому стрілка знаходиться на нулі шкали.

Феродинамічний логометр має майже таку саму будову, як і логометр магнітоелектричної системи, але зовнішнє магнітне поле в ньому створюється не постійним магнітом, а електромагнітом. По його обмотці пропускають струм від того самого джерела, яке живить і рухомі рамки (рис. 60, б). І в цих приладах положення рухомої системи залежить від відношення струмів у рамках, хоч в колах змінного струму положення рухомої системи не залежить і від кутів зсуву фаз між струмами в обмотці збудження і струмами в рамках.

У логометрі електродинамічної системи рухомі рамки розміщені під кутом 90° один до одного всередині нерухомої котушки. Ця котушка створює магнітне поле, з яким взаємодіють рамки (рис. 60, в).

Принцип дії електродинамічного логометра не відрізняється від розглянутих, і положення рухомої системи також визначається відно­шенням струмів у рамках, а в колі змінного струму воно залежить ще і від зсуву фаз між струмом у нерухомій котушці і струмом у рамках.

Логометри найчастіше використовуються у приладах, призна­чених для вимірювання опору, частоти і коефіцієнта потужності.

       Самоконтроль

 

Модуль 1.  Допишіть речення:

У логометрі електродинамічної системи рухомі рамки розміщені під кутом 90°…………… ……………………………………………………………………………………………………………

У феродинамічних логометрах положення рухомої системи залежить……………………. ……………………………………………………………………………………….…………………….

Логометрами називають прилади, які …………………………..............……….………………

……….…………………………….…………………………….…………………………….…………

 

Модуль 2. Виберіть правильну відповідь:

 

1.  Як створюється протидіючий момент у логометрі? Вказати правильний варіант відповіді.
а)  пружиною;	б) струмом;	в)  пружиною та струмом;	г) немає відповіді.
2.  Який напрямок мають моменти, що створюються в логометрі? Вказати правильний варіант відповіді.
а)  один назустріч іншому;	б)  в один бік;	в)  в протилежні боки;	г) немає відповіді.
3.   Від чого залежать величини моментів у логометрах магнітоелектричної системи ?
а)  від положення рамок;	б)  від струмів в обмотках;	в)  від струмів в обмотках і від положення рамок ;	г) немає відповіді.
4.  Чим створюється зовнішнє зовнішнє магнітне поле в феродинамічних логометрах . Вказати правильний варіант відповіді.
а) електромагнітом;	б)  постійним магнітом ;	в)  електромагнітом та постійним магнітом;	г) немає    відповіді.

 

Відповідь: 1 - ____ ,   2 - ____  ,  3 - ____ , 4 - ____ .  

Модуль 3. До якої системи належить логометр наведений на фото?

 

 

а) магнітоелектричний;    б) електромагнітний;   г) електродинамічний.

Відповідь: ____________.

6. Електронні цифрові вольтметри

Цифровий прилад являє собою вимірювальний пристрій, в якому величина, що безперервно змінюється перетворюється в дискретну величину – число з двох, трьох значними цифрами, яке зображується на його відліковому пристрої.

В електромеханічних цифрових приладах перетворення вимірюємого сигналу відбувається за допомогою електромеханічних пристроїв. В електронних цифрових приладах використовуються пристрої імпульсної техніки.

В цифрових вольтметрах, в більшості випадків, вимірювання виконують порівнянням значення вимірюємої величини зі значенням зразкової (тобто нульовим методом). При вмиканні вимірюємої величини на вхідні затискачі вона за допомогою спеціальної електронної схеми автоматично перетворюється в цифрову форму. Після цього блок цифрової індикації вмикає лампи, що відповідають числовим значенням вимірюємої величини.

В наш час розроблені і застосовуються також цифрові амперметри,омметри, частотоміри, фазометри та інші прилади.

Цифрові вольтметри виготовляються на межі вимірювань від 100мкВ до 1кВ. Час одного вимірювання не перевищує декількох мілісекунд. Похибка вимірювання складає 0,01–0,1%. Ці прилади в поєднанні з обчислювальними машинами використовують для автоматичного контролю і управління виробничими процесами. Вони складні в будові і мають високу вартість.

 

Щитовий цифровий вольтметр постійного струму серії j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8. Тематичне оцінювання

Початковий рівень

Завдання. Підкреслити правильну відповідь.

1. Які методи вимірювання застосовуться: а) в лабораторіях для точних вимірювань; б) на рухомих об’єктах?

        а) метод порівняння; метод безпосередньої оцінки; 

        б) метод безпосередньої оцінки; метод порівняння ;

2. Чим характеризується точність вимірювання?

        а) умовами експерименту;

        б) якістю вимірювального приладу;

        в) відносною похибкою вимірювання;

3. Як класифікуються прилади за принципом дії?

        а) вольтметри, амперметри, ватметри, лічильники;

        б) прилади магнітоелектричної, електромагнітної та інших систем; 

4. Який опір повинні мати: а) вольтметр; б) амперметр?

           а) обидва – великий;

           б) обидва – малий;

           в) вольтметр – великий, а амперметр – малий;

5.  Яке достоїнство не властиве цифровим вимірювальним приладам?

        а) простота спряження з ЕОМ;

        б) простота телевимірювань;

        в) простота будови і невелика вартість;

6. Скільки затискачів необхідно для вмикання однофазного лічильника в мережу?

        а) шість;

        б) два;

        в) чотири;

1	2	3	4	5	6

 

   фактично______

 

 

 Оцінювання:

 За правильну відповідь нараховується 2 бонуса, максимально 12 бонусів.

 Ключ до тестів: 1 – а); 2 – в); 3 – б); 4 – в); 5 – в); 6 – а).

Середній  рівень

Завдання. Підкреслити правильну відповідь.

1. За якої умови потенціали точок, до яких приєднаний гальванометр, будуть однаковими?

          а) ;

          б) ;

2. Частота обертання диска лічильника збільшилась в два рази. Як змінилась потужність, що споживається навантаженням з мережі?

          а) не змінилась;

          б) збільшилась в 2 рази;

          в) зробити висновки відносно потужності неможливо, оскільки лічильник вимірює енергію;

3. На які струми і напруги вмикають ватметр при вимірюванні потужності: а) з одним ватметром; б) з двома ватметрами?

          а) фазні;

          б) лінійні;

          в) ( а) фазні; б) лінійні; )

4. Принцип дії приладів електромагнітної системи оснований на взаємодії:

        а) магнітного поля котушки і феромагнітного осердя;

        б) постійного магніта і рамки, по якій протікає струм;

        в) провідників по яким проходить струм;

5. Які прилади діють на рухому систему електровимірювального приладу?

           а) обертовий;

           б) обертовий і протидіючий;

           в) обертовий, протидіючий і демпфуючий;

           6. Скільки ватметрів необхідно для вимірювання потужності трифазного кола при симетричному навантаженні?

        а) один;

        б) два;

        в) три;

Оцінювання:

За правильну відповідь нараховується 2 бонуса, максимально 12 бонусів.

1	2	3	4	5	6

 

 

   фактично______

 

Ключ до тестів: 1 – б); 2 – б); 3 – в); 4 – а); 5 – в); 6 – а).

 

Достатній  рівень

Завдання 1. Вибрати правильну групу слів.

 

Електромагнітний вимірювальний механізм.

 Електромагнітний вимірювальний механізм складається із нерухомої (1) і закріпленої на осі (2)  із (3) матеріалу. Коли через (4) проходить струм, створюється (5), яке втягує (6) всередину котушки. При цьому вісь зі стрілкою повертається на певний кут.

 

       Група А                    Група Б

1. магнітного                                                    1. плоскої котушки

2. магнітне поле                                               2. рухомої пластинки

3. плоскої котушки                                          3. магнітного

4. феромагнітну пластинку                             4. котушку

5. рухомої пластинки                                       5. магнітне поле

6.  котушку                                                        6. феромагнітну пластинку

7. вісь                                                                 7. вісь     

 

Група В

1. рухомої пластинки

2. магнітного

3. котушку

4. магнітне поле

           5. феромагнітну пластинку

6. плоскої котушки

7. вісь

Відповідь: група ____

 

Оцінювання:

За правильну відповідь нараховується 6 бонусів.

 

Фактично ____

 

 

Ключ до тесту: група Б.

Завдання 2. Встановити  відповідність наведеного принципу дії і фото вимірювальних механізмів.

Технічна характеристика	Фото
1.  Будова приладів індукційної системи заснована на взаємодії струмів, що індукуються в рухомій частині приладу, з магнітними потоками нерухомих електромагнітів. Алюмінієвий диск жорстко скріплений з віссю, на якій закріплена пружина і стрілка. Цей диск може переміщатися в повітряній щілині електромагніту з обмоткою. Частина поверхонь обох полюсів електромагніту прикривається мідними або алюмінієвими пластинками, тобто, ці пластинки виконують роль електромагнітних екранів. Змінний струм, що проходить по обмотці котушки, створює магнітний потік, який екранами розділяється на два потоки, зсунуті між собою за фазою на деякий кут. Внаслідок цього на диск буде діяти обертовий момент	А.
2. Електромагнітний вимірювальний механізм складається із нерухомої плоскої котушки і закріпленої на осі рухомої пластинки із магнітного матеріалу. Коли через котушку проходить струм, створюється магнітне поле, яке втягує феромагнітну пластинку всередину котушки. При цьому вісь зі стрілкою повертається на певний кут.	Б.
3. Електродинамічний вимірювальний механіз складається із нерухомої і рухомої  котушок . Рухома котушка може повертатися довкола осі всередині двох секцій нерухомої котушки. За наявності в котушках струмів І1 та І2 виникають електромагнітні сили, які намагаються повернути рухому котушку  співосно з нерухомою котушкою. В результаті виникає обертовий момент і вісь зі стрілкою повертається на певний кут:	В.

 

 

Відповідь:  1 - _____  2 - ______   3 - ______

 

Оцінювання:

За правильну відповідь нараховується 2 бонуса, максимально 6 бонусів.

 

1	2	3

 

 

                Фактично ____

 

Ключ до тесту: 1 – В, 2 – А, 3 – Б.

 

 

 

 

Високий  рівень

Завдання. Опишіть будову  і принцип дії наведеного електровимірювального механізму. Вкажіть назву конструктивних елементів і їх призначення,  тип і область застосування  приладів даної системи.

 

 

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

Оцінювання:

 

За правильну відповідь нараховується максимально 12 бонусів.

9. Критерії оцінювання

 

За тематичне оцінювання в цілому: максимально 48 бонусів.

 

Початковий рівень 2 _____   Середній рівень 3_______  Достатній рівень 4_______ 

 

Високий рівень 5_______

 

Фактично______

Критерії оцінювання:

 

  4 бонуса –  1

  8 бонусів – 2

12 бонусів – 3

16 бонусів – 4

20 бонусів – 5

24 бонуса –  6

28 бонусів – 7

32 бонуса –  8

36 бонусів – 9

40 бонусів –10

44 бонуса – 11

48 бонусів –12

 

 

 

Оцінка ______                                    Викладач ___________

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список використаних джерел

 

1.  Данилов И.А. "Общая электротехника с основами электроники", М "ВШ", 2005, 752с.
2. Б.І. Паначевний, Ю.Ф.Свергун «Загальна електротехніка», Київ, «Каравела», 2003, 440с.
3. Ю.Г. Сиднеев «Электротехника с основами электроники», Ростов-на-Дону, «Феникс»2005, 368с.
4. Малинівський С.М. "Загальна електротехніка", "Львів", "Л. політ", 2001, 596с.
5. Будіщев М.С. "Електротехніка, електроніка та мікропроцесорна техніка", Львів, "Афіша", 2001, 424с.
6. Зорохович А.Е. «Электротехника с основами промышленной электроники», М., «ВШ» 1975г., 432с.