Лабораторная работа по дисциплине «Метрология» для ОФ ПГУТИ

Лабораторная работа 4 ИЗУЧЕНИЕ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН Цели и задачи Ознакомление с устройством и метрологическими характеристиками средств измерения электрических величин; изучение порядка настройки и работы приборов непосредственной оценки электрических величин; приобретение практических навыков в определении системы и класса прибора для измерения электрических величин. Задания 1. Ознакомиться с принципами работы приборов по измерению электрических величин. 2. Определить системы и классы выданных приборов. 3. Определить абсолютные погрешности измерений выданных приборов по их классу. Объекты и средства измерения: амперметры (набор); вольтметры (набор); омметры (набор); ваттметры (набор). Устройство и принцип действия приборов. Приборы, измеряющие силу тока и напряжение могут быть разделены на электромеханические, электронные аналоговые, электронные цифровые. Классифицируются электромеханические приборы по типу измерительного механизма. Они делятся на приборы магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, электростатические. Магнитоэлектрическая система. Механизм такой системы состоит из проволочной рамки с протекающим в ней током, помещенной в поле постоянного магнита. Под воздействием тока рамка вращается в магнитном поле. Угол поворота ограничивается специальной пружинкой. На основе магнитоэлектрического механизма конструируются вольтметры, амперметры, миллиамперметры. Такие приборы обладают хорошими техническими характеристиками (высокая точность, малое потребление энергии из измерительной цепи, высокая чувствительность), но они работают только на постоянном токе. Электромагнитная система. Измерительный механизм электромагнитной системы состоит из воздушной катушки, в которую втягивается ферромагнитный сердечник при любой полярности тока. Прибор данной системы может работать только на переменном токе. На основе электродинамического механизма в зависимости от схемы соединения обмоток могут выполняться вольтметры, амперметры, ваттметры. Их достоинство – высокая точность. На переменном токе они используются как образцовые лабораторные измерительные приборы. Электростатическая система. Принцип действия электростатического механизма основан на взаимодействии электрически заряженных проводников. Например, подвижная алюминиевая пластина, закрепленная вместе со стрелкой, перемещается вместе с неподвижной пластиной. Ограничение движения механизма осуществляется за счет пружинки. Достоинством этих приборов является широкий частотный диапазон, малая потребляемая цепью мощность. Приборы являются вольтметрами и измеряют действующее значение напряжения. В радиоэлектронной технике для измерения в большинстве случаев используются аналоговые электронные приборы. К достоинствам этих приборов относятся широкие пределы измерения и частотный диапазон, высокая чувствительность и хорошая перегрузочная способность. Электронные аналоговые приборы представляют собой сочетание электронного преобразователя и электромеханического прибора. По роду тока электронные вольтметры делятся на вольтметры постоянного напряжения, переменного напряжения, универсальные и импульсные. Электронные аналоговые вольтметры постоянного тока выполняются по схеме. Измеряемое напряжение U подается на входное устройство ВУ, которое является многопредельным высокоомным делителем напряжения на резисторах. С делителя напряжение поступает на усилитель постоянного тока УПТ, затем на стрелочный прибор V. Электронные вольтметры постоянного тока для измерения малых напряжений выполняются по схеме. В таких вольтметрах постоянное измеряемое напряжение вначале преобразуется модулятором М в переменное, а далее усиление измеряемого сигнала осуществляется усилителем переменного тока У, обладающего сравнительно лучшими метрологическими характеристиками по сравнению с усилителями постоянного тока. Выпрямленное выпрямителем В напряжение подается на стрелочный прибор V. Электронные вольтметры переменного тока выполняются по двум схемам. В первой схеме измеряемое переменное напряжение сначала преобразуется в постоянное детектором В, а затем усиливается усилителем постоянного тока У. Блок-схема электронных аналоговых вольтметров переменного тока Во второй схеме усиление производится переменным током, затем предварительно усиленный сигнал выпрямляется детектором В. Эти схемы дополняют друг друга. Каждая из них имеет свои преимущества и недостатки. По первой схеме нельзя измерять малые напряжения (менее десятых долей вольта). Вторая схема более чувствительная, но имеет малый частотный диапазон измерений. Принцип работы цифровых измерительных приборов основан на дискретном представлении непрерывных величин. Непрерывная величиина х(t) (рис. 4.8) – это величина, которая имеет в заданном диапазоне Д бесконечно большое число значений в интервале времени Т. Величина может быть непрерывной по значению или по времени. Величину, непрерывную по значению и прерывную по времени называют дискретизированной. Значения дискретизированной величины отличны от нуля только в определенные моменты времени. Величину, непрерывную по времени и прерывную по значению, называют квантованной. Квантованная величина в определенном диапазоне может принимать только конечное число значений. Непрерывная величина может быть дискретизированной и квантованной одновременно. Процесс преобразования непрерывной во времени величины в дискретизированную путем сохранения ее мгновенных значений в моменты времени t0, t1, t2, t3, …, tn (моменты дискретизации) называют дискретизацией (рис. 4.9). Интервал ∆t между ближайшими моментами дискретизации называют шагом дискретизации. Процесс преобразования непрерывной по значению величины в квантованную путем замены ее значений ближайшими фиксированными значениями х1, х2, х3, …., хn называется квантованием (рис. 4.10). Разность между двумя ближайшими значениями х – ∆х называется шагом квантования. Процесс измерения в цифровом вольтметре включает в себя дискретизацию, квантование и кодирование (получение по определенной системе правил числового значения квантованной величины в виде комбинации цифр). По виду измеряемой величины цифровые вольтметры подразделяют на вольтметры постоянного, переменного тока и импульсные. Последовательность выполнения работы 1. Ознакомиться с данными методическими указаниями к работе и рекомендуемой литературой. 2. Изучить устройство и принцип действия средств измерения. 3. Ознакомиться с заданием. 4. Осмотреть выданный комплект приборов, определить их параметры и абсолютные погрешности, заполнить табл. 4.1. Содержание отчета 1. Указать цели и задачи работы, задания. 2. Описать кратко приборы из выданного комплекта и их метрологические характеристики. Контрольные вопросы и задания 1. Что собой представляют магнитоэлектрические приборы? 2. Что собой представляют электромагнитные приборы? 3. Что собой представляют электродинамические приборы? 4. Что собой представляют электростатические приборы? 5. Назовите основные достоинства электронных аналоговых приборов. 6. Что относится к недостаткам аналоговых электронных приборов? 7. Опишите принцип работы цифровых электронных приборов. 8. Назовите достоинства и недостатки цифровых электронных приборов. 9. Что называется дискретизацией непрерывной величины? 10. Дайте определение квантования непрерывной величины. 11. Что называют кодированием квантованной величины? 12. Классифицируйте методы измерения.