- •Метрология, стандартизация и сертификация Вариант – 10
- •Ответы на контрольные вопросы:
- •Почему шунт позволяет изменить предел измерения электроизмерительных приборов?
- •Шунт с каким сопротивлением необходимо использовать при измерении силы тока до 1000 мА амперметром с верхним пределом измерения 200 мА?
- •Почему шунт для расширения предела измерения амперметра включается параллельно амперметру, а шунт для расширения предела измерения вольтметра – последовательно вольтметру?
- •Определите действительное значение напряжения в цепи, если вольтметр показывает 125 в, величина добавочного сопротивления – 150 кОм.
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«Национальный исследовательский Томский политехнический Университет»
Инженерная школа энергетики
Отделение электроэнергетики и электротехники
Направление: 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника
ООП: Электроэнергетика и электротехника
Профиль: Электроэнергетические системы и сети
Отчет по лабораторной работе №5
«Расширение пределов измерения электроизмерительных приборов при помощи шунтов и добавочных сопротивлений»
Метрология, стандартизация и сертификация Вариант – 10
Выполнил: :
|
|
|
студент группы 5А21 |
Кулешов К.Д. _______ |
_________ |
|
|
дата |
Проверил:
|
|
|
доцент, к.т.н. |
Озерова И. П. _______ |
|
|
|
|
Томск – 2024
Цель работы заключается в изучении методов измерения больших значений силы тока и напряжения; определении зависимости верхнего предела измерения электроизмерительных приборов от значения шунтирующего сопротивления.
Задачами лабораторной работы являются:
Изучение схем подключения шунтирующего сопротивления к амперметру и вольтметру;
проведение серии экспериментов для различных значений шунтирующего и добавочного сопротивления;
установление зависимости полученного шунтированием предела измерения прибора от значения сопротивления шунта.
Теоретические сведения
Увеличение предела измерения электроизмерительного прибора связано с необходимостью выдерживания высоких значений силы тока. Большие токи вызывали бы увеличение сечения проводов обмотки катушки (обычно диаметр проводов не превышает 0,2 мм), а следовательно, массы и момента инерции подвижной части прибора. Кроме того, приборы обладают внутренним сопротивлением, наличие которого приводит к тому, что подключение измерительных приборов к цепи влияет на её параметры. При этом наличие внутреннего сопротивления у амперметра приводит к тому, что общее сопротивление участка цепи возрастает, и поэтому сила тока в цепи с амперметром меньше, чем сила тока без него. Чем меньше внутреннее сопротивление амперметра, тем меньшее изменение силы тока происходит на том участке цепи, куда включается амперметр. Поэтому пределы измерения по току расширяют с помощью шунтов, а по напряжению – с помощью добавочных резисторов.
Шунтирование – подключение параллельно амперметру с внутренним сопротивлением сопротивления , называемого шунтом. Схема подключения приведена на рис. 5.1 При этом часть тока проходит
через шунт, а общий измеряемый ток становится больше, чем предел
измерения амперметра . Такое соединение можно рассматривать как
амперметр с новым пределом измерения, равным .
Рис. 1 Схема подключения шунта к амперметру
По законам Кирхгофа:
Решение этой системы уравнений относительно будет иметь вид:
Из этого выражения следует, что чем меньше будет сопротивление
шунта , тем больше будет новый предел измерения . Сопротивление определяется выражением:
Где: – коэффициент шунтирования.
Вольтметры предназначены для измерения разности потенциалов на участке цепи. Для однородного участка цепи разность потенциалов равна напряжению на участке. Для того чтобы при подключении вольтметра токи в схеме изменялись мало, необходимо, чтобы его внутреннее сопротивление RV было как можно большим. Поэтому к вольтметру последовательно включается добавочное сопротивление, схема включения показана на рис. 5.2.
Пределу измерения вольтметра соответствует максимальный ток вольтметра:
Для изменения предела измерения вольтметра последовательно с ним включают добавочное сопротивление . При этом измеряемое напряжение равно:
Рис. 2 Схема подключения шунта к вольтметру
Так как ток через вольтметр равен току через добавочное сопротивление, напряжение на добавочном сопротивлении будет равно:
Путем подстановки можно получить выражение:
Откуда:
Где: – коэффициент изменения предела измерения напряжения.
Шунты встраивают в прибор или выполняют отдельными от прибора. Их изготавливают из манганина, обладающего малым температурным коэффициентом электрического сопротивления.
Варианты индивидуальных заданий для эксперимента №1
№ вар. |
Сопротивление шунта, Ом |
Значение измеряемой величины, мА |
||||||
R1 |
R2 |
I1 |
I2 |
I3 |
I4 |
I5 |
I6 |
|
10 |
100 |
160 |
56 |
66 |
76 |
86 |
96 |
106 |
Табл. 1
Результаты первого эксперимента №1
Показания электромагнитного амперметра, мА |
Показания образцового амперметра при сопротивлении шунта R1, мА |
Коэффициент шунтирования при сопротивлении шунта R1 |
Показания образцового амперметра при сопротивлении шунта R2, мА |
Коэффициент шунтирования при сопротивлении шунта R2 |
I1 |
78,3 |
1,39 |
76,2 |
1,36 |
I2 |
89 |
1,35 |
87 |
1,32 |
I3 |
98,6 |
1,29 |
96,1 |
1,26 |
I4 |
106 |
1,23 |
105,2 |
1,22 |
I5 |
116,7 |
1,22 |
113,8 |
1,19 |
I6 |
125 |
1,18 |
122,4 |
1,15 |
Табл. 2
Варианты индивидуальных заданий для эксперимента №2
№ вар. |
Величина добавочного сопротивления, Ом |
Значение измеряемой величины, В |
||||||
R1 |
R2 |
U1 |
U 2 |
U 3 |
U 4 |
U 5 |
U 6 |
|
10 |
8000 |
15000 |
100 |
110 |
120 |
130 |
140 |
150 |
Табл. 3
Результаты первого эксперимента №2
Показания электромагнитного вольтметра, мА |
Показания образцового вольтметра при сопротивлении шунта R1, В |
Коэффициент изменения предела измерения напряжения при сопротивлении шунта R1 |
Показания образцового вольтметра при сопротивлении шунта R2, В |
Коэффициент изменения предела измерения напряжения при сопротивлении шунта R2 |
U1 |
115 |
1,15 |
138 |
1,38 |
U2 |
129 |
1,17 |
153 |
1,39 |
U3 |
141 |
1,17 |
168 |
1,40 |
U4 |
153 |
1,18 |
182 |
1,40 |
U5 |
164 |
1,17 |
195 |
1,39 |
U6 |
175 |
1,17 |
208 |
1,39 |
Табл. 4
Рассчитаем коэффициенты шунтирования амперметра n1 и n2 и вольтметра m1 и m2
Где и показания электромагнитного амперметра и вольтметра соответственно, и показания образцового амперметра и вольтметра
Коэффициенты шунтирования амперметра
Для R1= 100 Ом
Для сопротивления R2=160 Ом
Коэффициенты шунтирования вольтметра
Для сопротивления R1=8000Ом
Для сопротивления R2=15000Ом
Произведём расчет математического ожидания для полученных значений коэффициентов шунтирования амперметра
Для сопротивления R1=100Ом
Для сопротивления R2=160Ом
Произведём расчет математического ожидания для полученных значений коэффициентов шунтирования вольтметра
Для сопротивления R1=8000Ом
Для сопротивления R2=15000Ом
Для рассчитанных значений коэффициентов шунтирования амперметра определим дисперсию
Для сопротивления R1=100Ом
Для сопротивления R2=160Ом
Для рассчитанных значений коэффициентов шунтирования вольтметра определим дисперсию
Для сопротивления R1=8000Ом
Для сопротивления R2=15000Ом
Для полученных значений коэффициентов шунтирования амперметра определим среднеквадратичное отклонение:
С сопротивлением :
С сопротивлением :
Для полученных значений коэффициентов шунтирования вольтметра определим среднеквадратичное отклонение:
С сопротивлением :
С сопротивлением :
Графическое отображение полученных результатов
Рис. 3 Зависимость показаний образцового амперметра при различных значениях шунтирующего сопротивления от показаний электромагнитного амперметра
Рис. 4 Зависимость показаний образцового вольтметра при различных значениях шунтирующего сопротивления от показаний электромагнитного вольтметра
Вывод:
В данной лабораторной работе был изучен метод измерения больших значений сил тока и напряжения – шунтирование. Были изучены схемы подключения шунтирующего сопротивления к амперметру и вольтметру. Были проведены серии экспериментов для различных значений шунтирующего и добавочного сопротивления. Были установлены зависимости полученного шунтированием предела измерения прибора от значения сопротивления шунта.