Министерство образования Республики Башкортостан ГАОУ СПО «Уфимский топливно-энергетический колледж»

Министерство образования Республики Башкортостан
ГАОУ СПО «Уфимский топливно-энергетический колледж»
УТВЕЖДАЮ
Зам. директора по учебной работе
_________________Е.В. Борисова
«___»___________________2010г.
Методические указания и контрольные работы
для студентов заочного отделения
по дисциплине «Измерительная техника»
СОГЛАСОВАНО
РАССМОТРЕНО
Зав. Заочным отделением
На заседание ПЦК
_____________Э.З. Яхина
№___ от ______________2010 г.
«__»_____________2010 г.
Председатель ПЦК спец. 140613
_______________Л.Ф. Давыдова
№___ от _______________2010 г.
Председатель ПЦК спец. 140206
_______________Н.В.Сергуняева
Разработчик
_________________Г.А. Сагдеева
Уфа 2010
Учебным планом предусматривается одна домашняя контрольная работа.
Контрольная работа является составной частью самостоятельной работы студента
заочной формы обучения по усвоению программы дисциплины.
Контрольное задание включает два теоретических вопроса и четыре задачи.
Задачи, расчеты и теоретические вопросы должны выполняться с подробными
пояснениями и ссылками на литературу. Перед выполнением каждого задания
необходимо изучить программный материал курса, относящийся к данной теме.
При выполнении контрольной работы необходимо :
- правильно оформить графики. Оси координат должны быть обозначены, на осях
проставлены масштабные деления и их цифровые значения. Чертить графики
необходимо на клетчатой или миллиметровой бумаге;
-
схемы чертить в соответствии с действующими стандартами на буквенные и
графические обозначения элементов схем (схемы можно выполнить в
графическом редакторе на компьютере);
-
список литературы должен быть приведен в конце контрольной работы. При
выполнении работы должны быть приведены ссылки на использованную
литературу;
- все расчеты производятся в системе СИ;
Применение ксерокопий в задании, требующем графического выполнения
схем, не допускается.
Контрольные задания разработаны на 10 вариантов.
Контрольные работы, выполненные небрежно, с нарушением предъявляемых
требований и не соответствующие заданному варианту, не зачитываются.
2
МЕТОДЫ И ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ.
ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ФОРМУЛЫ.
1. Абсолютной погрешностью прибора называется разность между показанием прибора
и действительным значением величины:
2. Поправкой прибора называется разность между действительным значением
измеряемой величины и показанием прибора. Численно поправка равна абсолютной
погрешности, взятой с обратным знаком:
3. Поправочным коэффициентом называется число, на которое нужно умножить
значение, полученное в результате измерения, чтобы найти действительное
значение измеряемой величины:
4. Относительной погрешностью измерительного прибора называется выраженное
в процентах отношение абсолютной погрешности к действительному значению
измеряемой величины:
5. Приведенной погрешностью измерительного прибора называется выраженное в
процентах отношение фактической абсолютной погрешности к верхнему пределу
измерения прибора А :
6. Допустимой погрешностью (классом точности) прибора называется
наибольшая приведенная относительная погрешность, которую
может иметь прибор согласно ГОСТ, инструкциям или правилам.
3
7. Наибольшая возможная относительная погрешность измерения
при прямом методе непосредственной оценки вычисляется по формуле:
Где ΔАнаиб. - наибольшая абсолютная погрешность прибора.
8. Погрешность ряда измерений:
а) наиболее вероятное значение измеряемой величины
где -
- значения величины при отдельных измерений
— число измерений;
б)абсолютная вероятная погрешность
где
- - остаточная погрешность отдельных измерений;
в) относительная вероятная погрешность
г) предельная погрешность результата измерения
4
Предельная погрешность результата измерения результат измерения
9. Чувствительностью прибора называется количество деление шкалы (или
угловое отклонение указателя), соответствующее единице измеряемой
величины:
10. Постоянной прибора (ценой деления) называется количество единиц
измеряемой величины, соответствующее перемещению указателя на одно
деление или на 1 мм шкалы прибора:
11. Измеряемая величина равна
.*
12. Угол поворота рамки магнитоэлектрического прибора, град,
5
ИЗМЕРЕНИЯ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ
ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ФОРМУЛЫ
1. Сопротивление шунта определяется по формуле:
2.Добазочное сопротивление для расширения пределов измерения по напряжению
определяется по формуле:
3.Действительный коэффициент трансформации определяется
по формулам:
для трансформатора напряжения:
для трансформатора тока:
где U1, U2, I1,I2 - действительные значения первичных и вторичных напряжений и
токов.
6
Номинальным коэффициентом трансформации, указываемым на щитке
трансформатора, называется отношение номинального первичного напряжения (тока)
к номинальному вторичному напряжению (току).
Номинальный коэффициент трансформации: по напряжению
по току
4.Относительные погрешности при измерении тока и напряжения, обусловленные
применением трансформаторов тока и напряжения, определяются по формулам:
Где
— погрешность коэффициента трансформации.
5. Номинальной мощностью трансформатора называется мощность (полная), которую
можно получить от трансформатора без увеличения погрешностей, предусмотренных
стандартом.
Для трансформатора напряжения
где Uн2 — номинальное вторичное напряжение;
ZН2 — номинальное полное сопротивление вторичной цепи;
К трансформатору может быть подключено определенное количество приборов при
условии, что их мощность при номинальном напряжении не превышает номинальной
мощности трансформатора т. е.
7
где Sн — мощность, потребляемая каждым из приборов.
Для трансформатора тока
Где IН2 - номинальное значение вторичного тока трансформатора.
Значение емкости конденсатора для расширения пределов измерения
Электростатических вольтметров
Где Сv - емкость вольтметра;
Pv - коэффициент расширения пределов измерения.
7. Для уменьшения влияния температуры на показания прибором прибегают к
температурной компенсации. В простейшем случае (амперметр с шунтом)
температурная компенсация может быть реализована включением последовательно с
рамкой прибора добавочною сопротивления из манганина. При этом температурный
коэффициент ветви измерительного механизма
где aм — температурный коэффициент провода рамки;
rи — сопротивление измерительного механизма;
rд — сопротивление, включаемое последовательно в цепь рамки.
8. Значение неизвестной э. д. с., измеренной компенсационным
методом, определится из соотношения
где Ен — э. д. с. нормального элемента, определяемая для температуры t окружающей
среды по формуле
8
EH — значение сопротивления в цепи нормального элемента;
Eк — значение сопротивления в цепи измеряемой э. д. с.;
Е20 — значение э. д. с. нормального элемента при температуре
20° С.
9. Напряжение, измеряемое потенциометром с применением де жители напряжения,
определяется по формуле
где Un — напряжение, отсчитываемое по потенциометру;
rд — общее сопротивление делителя напряжения;
r — сопротивление делителя, к которому подключен потенциометр;
K=
— коэффициент делителя.
9
ВАРИАНТ 1.
Дайте ответы на вопросы.
1.Какие способы расширения пределов измерения постоянного тока и напряжения
существуют в практике? Приведите краткое описание этих способов, укажите для
каких систем приборов они используются.
2.Выведите условия равновесия одинарного моста постоянного тока. Какие
сопротивления измеряются им.
3. Миллиамперметр магнитоэлектрической системы рассчитан на ток
I = 500 ма. Определить чувствительность прибора и число делений шкалы, если цена
деления прибора 5 ма/дел.
4. Рамка магнитоэлектрического прибора, состоящая из 30 витков, расположена в
радиальном магнитном поле, индукция которого 0,3 тл. При токе 0,001 а рамка
повернулась на 90°. Определить удельный противодействующий момент пружины,
если высота рамки h - 4 см, ширина b = 2 см.
5. определить суммарное напряжение U на зажимах цепи и наибольшую возможную
относительную погрешность при его измерении, если напряжение на
сопротивлениях r1, r2, r3 равны: U1 = 110 в, U2 = 80 в, U3 = 30 в. Напряжения на
сопротивлениях r1 и r2 измерялись вольтметрами на 150 в класса точности 2,5, а
напряжение на сопротивлении r3 — вольтметром на 50 в класса точности 1,5.
6. К трансформатору тока 200^5/присоединен амперметр на 1А. Каковы показания
прибора при номинальном, протекающем через трансформатор? Определите
коэффициент, на который надо умножить показание амперметра; наибольшую
возможную относительную погрешность измерения на вторичной стороне, если
класс точности приборов 1,0.
ВАРИАНТ 2
Дайте ответы на вопросы.
1.Какие системы логометров вам известны? Сделайте краткое описание
измерительного механизма логометра магнитоэлектрической системы, выведите
уравнения вращающих моментов и угла поворота подвижной части.
2. Где они применяются? Где применяются компенсационные цепи? Объясните
работу компенсационной цепи. Назовите виды компенсаторов постоянного тока.
3.Определить цену деления и чувствительность астатического ваттметра со шкалой
на 150 делений, параллельная обмотка которого рассчитана на 30 ма, если
напряжение подведено: а) к зажиму 90 в; б) к зажиму 1ком.
4. Определить относительную вероятную и предельную погрешности и представить
результат измерения тока, если амперметр пока зал: 54,2; 54,0 53,8; 54,3; 54,1; 54,9; 54,4;
54,0; 53,6; 54,0 а.
5. Вычислить наибольшую возможную относительную погрешность при измерении тока
в сопротивлении r2, если амперметр в неразветвленной части цепи показывает I = 60 а, а
10
амперметр в цепи сопротивления r1 показывает I1= 50 а. Амперметры класса точности 1,5
рассчитаны на ток 150 а.
6.Вольтметр на 150 в подключен к трансформатору напряжения 500/100. Построить
график показаний вольтметра в зависимости первичного напряжения. Определить
наибольшую возможную абсолютную и относительную погрешности, если точности
прибора 1,5, а трансформатора 1,0. Составить схему подключения приборов.
ВАРИАНТ 3.
Дайте ответы на вопросы
1.Приведите схему устройства измерительного механизма магнитоэлектрической
системы, выведите формулу вращающего момента и угла поворота подвижной части прибора.
Перечислите его достоинства и недостатки.
2. Напишите цифровые вольтметры постоянного и переменного, начертите структурные
схемы вольтметров. В чем достоинства и недостатки вольтметров.
3.Ваттметр со шкалой на 75 делений имеет переключатель на 2,5 и 5 а. Определить цену
деления и чувствительность при различных положениях переключателя и напряжении 75, 150 и
300 в.
4.Для определения удельного сопротивления проводника при провода 0,4 мм и при
различной его длине были следующие показания приборов:
Длина
Напряжение
Ток, ма
1
1,15
100
0,9
1,03
100
0,8
0,92
100
Определить относительную вероятную и предельную погрешности и записать результат
измерения удельного сопротивления.
5.Вычислить наибольшую возможную относительную погрешность определения тока в
неразветвленной части цепи, если измеряются токи в двух параллельных ветвях амперметрами
класса точности 1,5 на номинальный ток 100 а. Показания приборов I1 = 60а I2=50 Составить
схему включения приборов.
6. Амперметр на 7.5 а включен с трансформатором тока100/5. Построить график показаний
амперметра как функцию измеряемого тока. Определить наибольшую возможную
относительную погрешность, если класс точности всех приборов 1,0.
ВАРИАНТ 4.
Дайте ответы на вопросы.
1.Что вам известно о мерах электрических величин и классах точности мер? Запишите где они
применяются.
11
2.Опишите методы регистрации применяемые в регистрирующих приборах. Где применяются
регистрирующие приборы?
3.Определить предел измерений и чувствительность вольтметра со шкалой на 150 делений и
ценой деления С = 0,1 в/дел.
4.При поверке технического амперметра получены следующие показания приборов:
поверяемый амперметр: 1; 2; 3; 4; 5; 4; 3; 2; 1;
образцовый ход вверх: 1,2; 2,2; 2,9; 3,8; 4,8;
амперметр ход вниз: 4,8; 3',9; 2,9; 2,2; 1,2.
Определить абсолютную и относительную погрешности прибора и поправку, построить кривую
поправок. Определить, к какому классу точности можно, отнести прибор.
5.Максимальный ток гальванометра 2 ма. Чему равно сопротивление шунта при увеличении
предела измерения в 5 раз? Сопротивление гальванометра R = 10 ом. На какой ток рассчитан
прибор теперь? Составить схему прибора/
6.К трансформатору тока 600/5 присоединен амперметр на 7,5 а. Определить ток в сети, если
амперметр показывает 4,5 а. Какая наибольшая абсолютная погрешность может быть допущена
при определении тока в сети, если класс точности приборов 0,5?
ВАРИАНТ 5
Дайте ответы на вопросы
1.Опишите устройство измерительного механизма индукционной системы, объясните принцип
действия однофазного индукционного счетчика и перечислите органы его регулировки,
2.Выведите условия равновесия моста переменного тока обратите внимание на влияние частоты
при уравновешивании моста и его не сходимость.
3.При измерении сопротивления R величиной 7,5 Ом по цепи протекал ток I = 16 а, а вольтметр
показал напряжение U= 121 в. Определить абсолютную и относительную погрешности
измерения сопротивления.
4.Показания образцового амперметра 20,4 а. Определить абсолютную погрешности, поправку и
действительное значение измеряемой величины для двух поверяемых приборов, если показания
прибора в одном случае 20 а, а в другом 15а.
5.Шкала измерительного механизма с сопротивлением R= 0,3Ом разбита на 150 делений, цена
деления С= 0,001 а/дел. Определить сопротивление шунта для измерения тока 300 а, а также
цену деления прибора с шунтом.
6.Определить количество электромагнитных приборов (вольтметров), которое можно
подключить к трансформатору напряжения 3000/100, если номинальная мощность
трансформатора 30 ВА.
ВАРИАНТ 6
Ответьте ответы на вопросы.
1.Опишите устройство измерительного механизма электростатической системы, выведите
формулу вращающего момента и угла по
12
ворота подвижной части прибора/ перечислите его достоинства
и недостатки.
2.Начертите схему комбинированного цифрового прибора. Опишите устройство.
3.Для измерения мощности, потребляемой активной нагрузкой, обладающей сопротивлением
0,5 Ом, применялся вольтметр на номинальное напряжение 300 в класса точности 1,5.
Определить потребляемую мощность и наибольшую относительную погрешность, если
вольтметр показывает 240 в.
4.При позерке технического вольтметра электромагнитной системы получены следующие
показания приборов:
поверяемый вольтметр: 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90; 100; 130; 140; 150;
образцовый вольтметр
ход вверх: 28; 39,5; 50; 59,5; 68; 79,89;
97,5; 108,5; 119; 128; 139;5; 149.
ход вниз: 150; 139,5; 128,5; 118,5; 107,5;
96,5; 88; 78, 5; 69;58,5 ; 49; 37,5; 25.
Определить абсолютную и относительную погрешности прибора 'и поправку, построить
кривую поправок. Определить, к какому классу точности можно отнести прибор.
5. Определить необходимое сопротивление шунта амперметра на
ток 0,1а и сопротивлением rа= 2 Ом и величину добавочного сопротивления
милливольтметра на 150 мв сопротивлением rмв = 25 Ом;; что бы указанными приборами
можно было измерить ток до 10 а, а напряжение до 150 в.
6. Измерительный трансформатор напряжения имеет обмотки с числом витков n1 =
10000 и n2 = 100. Ко вторичной обмотке присоединен вольтметр на номинальное
напряжение 100 в. Определить коэффициент трансформации и предел измерения
напряжения сети. Указать возможный тип трансформатора. Составить схему соединения
приборов.
ВАРИАНТ 7
Лайте ответы на вопросы.
1.Приведите схему устройства измерительного механизма электродинамической системы,
выведите формулу вращающего момента и угла поворота подвижной части прибора.
Перечислите его достоинства и недостатки, сравните с другими приборами
2.Постройте векторную диаграмму трансформатора напряжения, объясните ее
построение. Каков характер погрешностей трансформатора напряжения и от каких
факторов они зависят? Чем определяется количество приборов, которое можно
подключить к трансформатору напряжения?
3. Шкала амперметра с пределом измерения 1 а разбита на 100
делений. Определить цену деления и ток в цели, если показание амперметра 55 делений.
13
4. Какова чувствительность по току магнитоэлектрического прибора на 45 мв с
внутренним сопротивлением 10 ом и шкалой на 100 делений. Как изменится
чувствительность прибора по току и напряжению, если число витков на рамке прибора
увеличить вдвое, оставив диаметр провода прежним.
5.Два вольтметра с одинаковыми пределами измерения 150 в, но с разными
сопротивлениями обмоток (первого 5 ком, второго 3 ком) соединены последовательно и
подключены на напряжение 220 в. Определить показания каждого вольтметра.
6.Измерительный трансформатор тока имеет обмотки с числом витков W1=2 и W2= 100.
Определить показания амперметра на 5 а, присоединенного ко вторичной обмотке, если
ток потребителя 100 а. Определить также, на какой ток рассчитан трансформатор тока и
его коэффициент трансформации. Составить схему соединения трансформатора тока и
амперметра.
ВАРИАНТ 8.
Дайте ответы на вопросы.
1. Опишите
устройство
измерительного
механизма
электромагнитной
системы, выведите формулу вращающего момента и
угла поворота
подвижной части прибора. Перечислите его достоинства и недостатки.
2. Опишите работу электронных вольтметров. Начертите их схемы,
3. Определить класс точности амперметра на номинальный ток 500 а, необходимый для
измерения мощности нагрузки с погрешностью не более 3%, если напряжение сети
220 в измеряется с точностью 2%, а ток, потребляемый нагрузкой 320 а.
4. При измерении напряжения на нагрузке сопротивлением 7 Ом вольтметр показал 13,5
в. Э. д. с источника Е = 14,2 в, а его внутреннее сопротивление r0 - 0,1 Ом. Определить
абсолютную и относительную погрешности измерения.
5.Вольтметр имеет четыре предела
измерения: 3, 15, 75, 150в.
Номинальный ток прибора 30 мА. Найти добавочные сопротивления r1 r2 r3 r4, если рамки
вольтметра 10 Ом.
6. Амперметр на 5 а со шкалой 0 - 500 включен через трансформатор тока 600/5. Какой
ток протекает в цепи, если амперметр показывает 300 а. Определить наибольшую
возможную абсолютную погрешность измерения, если класс: точности приборов 1,0.
Составить схему включения.
ВАРИАНТ 9
Дайте ответы на вопросы
1. Приведите схему устройства измерительного механизма ферродинамической
системы, выведите формулу вращающего момента и угла поворота подвижной части
прибора. Перечислите его достоинства и недостатки.
2. Каково
назначение
измерительных
трансформаторов
тока?
Постройте
векторную
диаграмму
трансформатора
тока.
Какие
погрешности
будут
в
трансформаторах
тока
и
от
чего
они
зависят? Типы трансформаторов тока.
14
3.Значение сопротивления r , полученное при измерении, оказалось равным 202 Ом.
Действительная его величина; r2 - 200 Ом. Определить абсолютную и относительную
погрешности измерения сопротивления.
4.При измерении мощности ваттметра а класса точности 0,5,
рассчитанным на номинальную мощность Рн = 500 Вт, записано показание 150вт. Найти пределы,
между которыми заключено действительное значение измеряемой мощности.
5.
Шкала вольтметра разбита на 30 делений, цена деления 5 в/дел, внутреннее сопротивление
r2= 5000 Ом. Определить цену деления этого вольтметра и предельное измеряемое напряжение при подключении к прибору
добавочного сопротивления r2 = 10000 Ом.
6. Подобрать измерительные трансформаторы тока и напряжений класса точности не ниже 1,0 для питания следующих
измерительных приборов, используемых в цепи трехфазного тока: трех амперметров электромагнитной системы,
электродинамического ваттметра , вольтметра электромагнитной системы. Расстояние от трансформаторов до
измерительных приборов 50 м, провод сечением 2,5 мм? Напряжение сети 380 кв, ток в сети 200 а. Составить схему
соединения приборов с измерительными трансформаторами.
Вариант 10.
Дайте ответы на вопросы
1.Начертить схему прямоугольно-координатного компенсатора и записать его принцип работы. Для чего применяется
прямоугольно-координатный компенсатор?
2.Начертить структурную схему электроннолучевого осциллографа, описать элементы схемы и принцип работы.
3.Определить наибольшую возможную относительную погрешность измерения электрической энергии ваттметром на
номинальную мощность 750 вт класса точности 0,5 за время 2 мин, измеренное с точностью 2 сек, если ваттметр показывает
200 вт.
4.Определить относительную погрешность измерения напряжения 100 в вольтметром класса точности 2,5 на
номинальное напряжение ин = 250 в.
5.Для измерения тока в цепи использован амперметр со шкалой на 5 а, имеющий сопротивление 0,6 Ом. Определить ток,
протекающий по цепи, и коэффициент, на который нужно умножить показания амперметра, если последний включен с шунтом
Гш=0,025 Ом, а его стрелка остановилась на делении 3,6а.
6. Определить количество амперметров электродинамической системы, которое можно
подключить к трансформатору тока с номинальным сопротивлением 0,5 Ом. Для
соединения применяется провод сечением 4мм2, расстояние от трансформатора до
приборов 50 м. Начертить схему соединения приборов.
15
Литература
1. Востролкнутов Н.Н. Информационно-измерительная техника и
электрические
измерения. Учебное пособие - М.: УМК ГОУ по горному, нефтяному и
энергетическому
образованию, 2007.
2. Земельман М.А. Метрологические основы технических
измерений -Издательство стандартов, 2006.
3. Вострокнутов
Н.Г.,
Евтихиев
Н.Н.
Информационноизмерительная техника (теоретические основы). Учебное пособие для
специальности «Информационно- измерительная техника» для вузов. - М.:
Высшая школа, 1977.
4. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. - М.: Наука, 1980.
5. Малиновский В.Н. Электрические измерения. - М.:
Энергоатомиздат. 1985.
6. Раннев Г.Г.„Тарасенко А.П. Методы и средства измерений.ACADEMA,2008.
16