Пьезоэлектрические преобразователи

⇐ ПредыдущаяСтр 26 из 26

Пьезоэлектрические преобразователи основаны на использовании прямого пьезоэлектрического эффекта, заключающегося в появлении электрических зарядов на поверхности некоторых кристаллов (кварца, сегнетовой соли и др.) под влиянием механических напряжений.

Из кристалла кварца вырезается пластинка, грани которой должны быть перпендикулярны оптической оси 0z, механической оси 0у и электрической оси 0х кристалла (рис. 4.1.28).

При воздействии на пластину усилия F_х вдоль электрической оси на гранях х появляются заряды , где k – пьезоэлектрический коэффициент (модуль). При воздействии на пластину усилия F_у вдоль механической оси на тех же гранях х появляются заряды , где а и b – размеры граней пластины. Механическое воздействие на пластину вдоль оптической оси не вызывает появление зарядов.

Устройство и принцип действия пьезоэлектрического преобразователя для измерения давления газа показаны на рис. 4.1.29. Давление р через металлическую мембрану 1 передается на зажатые между металлическими прокладками 2 кварцевые пластинки 3. Шарик 4 служит для равномерного распределения давления по поверхности кварцевых пластинок. Средняя прокладка соединена с выводом 5, проходящим через втулку из хорошего изоляционного материала. При воздействии давления р между выводом 5 и корпусом преобразователя возникает разность потенциалов , где Q – заряд, возникающий на пластинке кварца; С_П – емкость преобразователя; С₀ - емкость проводов и входной цепи прибора, измеряющего разность потенциалов; k - пьезоэлектрический модуль кварца; s – площадь поверхности мембраны, подверженная давлению. По разности потенциалов U судят о значении давления р.

В пьезоэлектрических преобразователях главным образом применяется кварц, у которого пьезоэлектрические свойства сочетаются с высокой механической прочностью и высокими изоляционными свойствами, а также с независимостью пьезоэлектрической характеристики от температуры в широких пределах. Размеры пластин и их число выбираются исходя из конструктивных соображений и требуемого значения зарядов. Заряд, возникающий в пьезоэлектрическом преобразователе, «стекает» по изоляции и входной цепи измерительного прибора. Поэтому приборы, измеряющие разность потенциалов на пьезоэлектрических преобразователях, должны иметь высокое входное сопротивление (10¹² – 10¹⁵ Ом), что практически обеспечивается применением электронных усилителей с высоким входным сопротивлением. Из-за «стекания» заряда эти преобразователи используются для измерения только быстро изменяющихся величин (переменных усилий, давлений, параметров вибраций, ускорений и т.д.).

Тема 4.2 Правила выбора электроизмерительных приборов

Студент должен

знать:

- правила выбора электроизмерительных приборов;

уметь:

- выбирать необходимые приборы по каталогам.

Требования к выбору электроизмерительных приборов. Основная справочная литература. Правила работы со справочными данными. Порядок выбора электроизмерительных приборов.

Материал для изучения

Электрические измерения на судах выполняют с помощью щитовых и пультовых электроизмерительных приборов, устанавливаемых на главных (ГРЩ) и вторичных распределительных щитах, на пультах управления, а также и непосредственно у потребителей. В отдельных случаях для измерения тех или иных параметров сетей используют переносные приборы, которые служат также и для проверки щитовых (пультовых) приборов. Состав электроизмерительных приборов устанавливается проектантом судна в соответствии с рекомендациями Регистра и зависит от типа и назначения судна, рода тока, специфики эксплуатации, мощности генераторов и потребителей (параллельная работа генераторов, необходимость контроля напряжения и тока и других параметров потребителей и т.д.). Измерительные приборы группируются на секциях (панелях) ГРЩ в зависимости от их принадлежности к тем или иным энергетическим объектам (панель генератора № 1, распределительная панель, панель зарядного устройства и т.д.). Показания приборов, установленных на ГРЩ и у наиболее ответственных потребителей (гребные установки, шпили, крановые приводы и т.д.), являются основной информацией, характеризующей ход эксплуатации и состояние судового электрооборудования, и систематически записываются судовым электриком в вахтенный электротехнический журнал.

На каждой генераторной панели судового ГРЩ постоянного тока должны быть установлены амперметр и вольтметр. В случае компаундных генераторов амперметр подключается к полюсу, противоположному тому, в который включается последовательная обмотка генератора. Для удобства контроля за напряжение при включении генераторов на параллельную работу вольтметр должен иметь переключатель, позволяющий измерять напряжение шин и включаемого генератора. Желательно использование двухстрелочных вольтметров.

На каждой генераторной панели судового ГРЩ переменного тока должны быть установлены амперметр и вольтметр с переключениями на три фазы, а также частотомер и ваттметр. В цепь возбуждения генератора переменного тока (кроме систем с самовозбуждением) рекомендуется включать амперметр. Если схемой предусматривается параллельная работа генераторов трехфазного тока, должно быть установлено синхронизирующее устройство или приборы для включения генераторов на параллельную работу.

На распределительных устройствах гребных установок для генераторов переменного тока должны быть включены следующие измерительные приборы: амперметры в цепь главного тока и в цепь возбуждения, вольтметр, ваттметр. К каждому гребному электродвигателю переменного тока должны быть подключены амперметры, как в цепь главного тока, так и в цепь возбуждения.

На распределительных устройствах гребных установок для генераторов постоянного тока должны быть включены следующие измерительные приборы: амперметры в цепи главного тока (один на каждый контур главного тока) и в цепи возбуждения, вольтметры на зажимах генератора и в цепи возбуждения. Кроме того, иногда могут быть установлены также счетчики электроэнергии и амперметр возбудителя. В цепь каждого гребного электродвигателя постоянного тока должны быть включены: амперметры в цепи главного тока (один на каждый контур главного тока) и в цепи возбуждения, вольтметры на зажимах электродвигателя и в цепи возбуждения, а также в отдельных случаях может быть предусмотрена установка счетчика электроэнергии.

Для контроля за работой механизмов ответственного назначения и грузовых устройств на распределительном щите или возле мест расположения механизмов должны размещаться амперметры.

Точная номенклатура приборов устанавливается техническим проектом судна с учетом обеспечения постоянного и непосредственного контроля за характерными величинами, влияющими на работу судового электрооборудования.

Все катушки напряжения измерительных приборов должны иметь защиту плавкими предохранителями, установленными как можно ближе к местам присоединения их к источнику питания.

Щитовые электроизмерительные приборы должны иметь класс точности не ниже 2, 5. В системах постоянного тока рекомендуется применять приборы класса точности не ниже 1, 5. В качестве контрольных следует использовать приборы класса точности не ниже 1, 0. Класс точности шунтов, измерительных трансформаторов тока и напряжения должен соответствовать классу точности измерительных приборов, к ним подключаемых.

Рекомендуется применять измерительные приборы с пределами шкалы не менее следующих: вольтметры – 120 % номинального напряжения, амперметры для генераторов, не работающих параллельно, и потребителей – 130 % номинального тока, амперметры для генераторов, работающих параллельно, - 130 % номинального тока нагрузки и 15 % номинального обратного тока; ваттметры для генераторов, не работающих параллельно, - 130 % номинальной мощности, а работающих параллельно – 130 % мощности нагрузки и 15 % обратной мощности; частотомеры - ±10 % номинальной частоты.

Номинальные напряжения, токи и мощности на шкалах электроизмерительных приборов, установленных в цепях источников электрической энергии и ответственных потребителей, должны быть обозначены хорошо различимыми отметками.

Амперметры генераторов со смешанным возбуждением, предназначенных для параллельной работы, должны быть установлены в цепи полюса, не соединенного с уравнительным проводом.

Выбор приборов в зависимости от класса точности. При выборе электроизмерительных приборов в зависимости от класса точности учитывают назначение прибора и требуемую при измерении точность. Классы точности щитовых приборов – 1, 0; 1, 5; 2, 5, а переносных 1, 0 и 0, 5. Для обычных измерений в цепях постоянного и переменного тока вполне достаточны относительно дешевые и прочные щитовые приборы с классом точности до 1, 5, а в цепях переменного тока – даже и до 2, 5. При опытных и наладочных работах, а также при ответственных испытаниях применяются более точные переносные приборы – с классом точности 0, 5. При включении амперметров совместно с шунтами или трансформаторами тока, а вольтметров совместно с добавочными сопротивлениями или трансформаторами напряжения класс точности шунтов, добавочных сопротивлений, трансформаторов тока и напряжения должен быть, как правило, выше не менее чем на одну ступень. Это объясняется тем, что погрешности приборов суммируются с погрешностями совместно с ними включенных дополнительных устройств.

Выбор приборов в зависимости от размеров лицевой части. По размерам лицевой части (наличника) судовые щитовые электроизмерительные приборы подразделяются на малогабаритные (с размерами 85 ´ 85 мм), среднего (с размерами 100 ´ 100 мм) и большого (с размерами 120 ´ 120 мм) габаритов. Размеры лицевой части судовых узкопрофильных (пультовых) приборов 160 ´ 30 мм. При выборе размеров следует учитывать площадь, занимаемую ими на лицевой стороне распределительных устройств и пультов управления. Из этих соображений, очевидно, удобнее применять приборы с минимальными размерами по лицевой части. На пультах, где площадь лицевой стороны особенно ограничена, используются иногда приборы малого габарита, а в основном – узкопрофильные. Однако с уменьшением размеров наличника приборов уменьшаются также длина их шкалы, число и величина делений, что ухудшает условия отсчета показаний (это замечание относится только к стрелочным приборам). Поэтому на распределительных устройствах используются, как правило, приборы среднего и большого габаритов. И только на судах, где габариты резко ограничены, применяются малогабаритные приборы. Следует учитывать, что на одном и том же пульте или распределительном устройстве установка приборов с различными размерами лицевой части нежелательна.

Выбор приборов для измерения тока и напряжения. Для измерений силы тока и напряжения в сетях постоянного тока применяются приборы магнитоэлектрической системы. В сетях переменного тока измерения производятся при помощи приборов всех систем, за исключением магнитоэлектрической. Для измерений в сетях переменного тока промышленной частоты (50 Гц) используются преимущественно электромагнитные приборы, в сетях высокой частоты – электростатические и ламповые вольтметры, тепловые и термоэлектрические приборы, а для частот до 10 000 Гц – детекторные приборы. Амперметры и вольтметры, применяемые для измерений соответственно силы тока и напряжения, выбираются в зависимости от рода тока, частоты источника питания и значения измеряемого тока или напряжения. Для измерения малых значений токов и напряжений используются микроамперметры, миллиамперметры и милливольтметры. Для точных измерений весьма малых значений токов (от до А) и напряжений используются гальванометры. Кратковременный импульс тока или быстро протекающее и притом небольшое количество электричества измеряется баллистическим вольтметром. Амперметры и вольтметры, имеющие равномерную рабочую шкалу, обеспечивают измерение тока и напряжения в пределах от 0 до 100 % номинального значения измеряемой величины, при неравномерной шкале – от 25 до 100 % номинального значения измеряемой величины. Амперметры и вольтметры, предназначенные для измерений в сетях с изменяющимися нагрузкой или напряжением, выбираются с некоторым запасом по шкале по сравнению с номинальными данными измеряемой величины. Обычно при выборе приборов для генераторов и сетей с постоянной нагрузкой запас по шкале должен составлять около 25 % номинального значения, а для сетей с переменной нагрузкой и электроприводов с кратковременным режимом работы (шпили, краны, лебедки и т.д.) – до 50 % номинального значения. Если номинальное значение измеряемой величины совпадает с верхним пределом шкалы, то необходимо выбирать прибор с ближайшим большим пределом шкалы. Верхний предел шкалы амперметра, установленного для измерения нагрузки группового распределительного щита, должен соответствовать сумме номинальных токов потребителей, присоединенных к щиту. Шкала амперметров, включаемых в цепи генераторов постоянного тока и работающих параллельно, должна иметь 15 % делений влево от нуля. Верхний предел шкалы каждого вольтметра должен быть не менее 120 – 150 % номинального рабочего напряжения.

Выбор приборов для измерения мощности, частоты и коэффициента мощности. Мощность постоянного тока может быть определена как косвенно, путем замера тока, проходящего через потребитель электроэнергии, и падения напряжения на его зажимах, так и непосредственно с помощью ваттметра. Частоту в сетях переменного тока измеряют щитовыми стрелочными частотомерами, выбирая их в зависимости от номинальной частоты и напряжения сети. Коэффициент мощности сетей переменного тока при симметричной нагрузке фаз и симметричном напряжении измеряют с помощью щитовых фазометров, которые выбирают в зависимости от номинальной частоты и напряжения сети.

Выбор приборов для измерения сопротивления изоляции. Сопротивление изоляции судового электрооборудования и сетей следует измерять приборами постоянного тока, обеспечивающими необходимую точность. Рекомендуется применять мегомметры, работающие по принципу логометра. Не допускается использовать мегомметры, развивающие напряжения, опасные для изоляции измеряемых цепей. Для измерения цепей на номинальные напряжения до 100 В необходимо применять мегомметры с рабочим напряжением 100 В, для цепей до 400 В – мегомметры на 500 В, для цепей свыше 400 В и до 1000 В – мегомметры на 1000 В, для изоляции, работающей под напряжением 1000 В и более – мегомметр с рабочим напряжением 2500 В. При использовании вольтметров (для измерения методом трех отсчетов) из внутреннее сопротивление должно составлять при рабочем напряжении сети

· до 50 В – 20 000 Ом;

· до 127 В – 50 000 Ом;

· до 220 В – 100 000 Ом;

· до 500 В – 150 000 Ом.

Минимальные значения электрического сопротивления изоляции для каждой отдельной судовой сети и электрической схемы рассчитываются организацией, проектирующей судно. Сопротивление изоляции отдельных элементов, входящих в схему или в сеть, должно соответствовать данным, указанным в технической документации на эти элементы. Однако во всех случаях сопротивление изоляции отдельных сетей или схем должно быть таким, чтобы общее сопротивлении изоляции всей судовой сети в различных эксплуатационных режимах, измеренное на главных распределительных щитах, было не менее 200 000 Ом на переменном и 100 000 Ом на постоянном токе. Регистр рекомендует следующие значения сопротивления изоляции каждого фидера кабельной сети, измеренного относительно корпуса судна: в сетях освещения напряжением 100 – 500 В – не менее 1, 5 МОм; в силовых сетях напряжением 100 – 500 В – не менее 1, 0 МОм; а при напряжении выше 500 В – 5 000 Ом на каждый вольт номинального напряжения; в установках любого тока напряжением 100 – 500 В – не менее 1, 0 МОм; а при напряжении до 100 В – 0, 3 МОм.

При измерении сопротивления изоляции между жилами одного и того же кабеля с отключенными потребителями минимальные значения сопротивления изоляции должны быть удвоены. В устройствах, аппаратах и сетях, состоящих из нескольких параллельных цепей, допускается измерять сопротивление изоляции каждой цепи. На главном и аварийном распределительных щитах должна быть обеспечена возможность измерения сопротивления изоляции сетей, находящихся под напряжением, или должно применяться автоматически непрерывно действующее устройство для контроля целости изоляции относительно корпуса. Каждое судно необходимо снабжать переносным прибором для измерения сопротивления изоляции электрических цепей и оборудования.

Вопросы для самопроверки:

1. Структурная схема измерения неэлектрической величины электрическим измерительным прибором.

2. Основные достоинства измерения неэлектрической величины электрическим измерительным прибором.

3. Общее понятие параметрических преобразователей.

4. Виды, достоинства и недостатки, применение реостатных преобразователей.

5. Виды, достоинства и недостатки, применение преобразователей контактного сопротивления.

6. Виды, достоинства и недостатки, применение тензорезисторов.

7. Виды, достоинства и недостатки, применение термочувствительных преобразователей.

8. Виды, достоинства и недостатки, применение электролитических преобразователей.

9. Виды, достоинства и недостатки, применение индуктивных преобразователей.

10. Виды, достоинства и недостатки, применение емкостных преобразователей.

11. Виды, достоинства и недостатки, применение фотоэлектрических преобразователей.

12. Виды, достоинства и недостатки, применение ионизационных преобразователей.

13. Общее понятие генераторных преобразователей.

14. Виды, достоинства и недостатки, применение термоэлектрических преобразователей.

15. Виды, достоинства и недостатки, применение индукционных преобразователей.

16. Виды, достоинства и недостатки, применение пьезоэлектрических преобразователей.

17. Комплект электроизмерительных приборов для генераторной панели ГРЩ постоянного тока.

18. Комплект электроизмерительных приборов для генераторной панели ГРЩ переменного тока.

19. Комплект электроизмерительных приборов для распределительных устройств гребных установок постоянного и переменного тока.

20. Комплект электроизмерительных приборов для контроля за работой механизмов ответственного назначения и грузовых устройств

21. Рекомендуемые пределы измерения шкалы электроизмерительных приборов.

22. Выбор электроизмерительных приборов.

Лабораторные работы:

измерение сопротивлений: изучение косвенных методов измерения сопротивления
измерение мощности в цепях постоянного тока: измерение мощности при последовательном и параллельном включении резисторов, проверка баланса мощностей
измерение мощности в симметричных трехфазных: изучение схем включения ваттметров для измерения активной и реактивной мощности

ЛИТЕРАТУРА

Основная

1. Малиновский В.Н. Электрические измерения. М: Энергоиздат, 1983.

Данилов И.А., Иванов П.М. Общая электротехника с основами электроники. М: Высшая школа, 1998.

Дополнительная

1. Попов В.С. Электрические измерения. М: Энергия, 1974.

Семенов С.П., Горелейченко А.В., Богачев Э.Ю. Судовые электроизмерительные приборы и информационные системы. М: Транспорт, 1982.

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

По курсу «Электроизмерительные приборы» необходимо выполнить контрольную работу.

Вариант контрольной работы определяется последней цифрой шифра личного дела студента.
Контрольная работа высылается в техникум на проверку в срок, предусмотренный учебным графиком.
Контрольная работа выполняется в отдельной тетради в клетку. На каждой странице должны быть оставлены поля размером 30 – 40 мм для пометок преподавателя.
Условия задания переписываются полностью, цифровые данные выписываются в конце условия с обязательным указанием единиц измерения в системе СИ.
Схемы, графики, диаграммы следует выполнять на миллиметровой бумаге (допускается выполнять на бумаге в клетку), соблюдая требования ГОСТ, ЕСКД.
В конце каждой работы следует ставить дату ее выполнения, подпись и приводить список литературы, использованной при выполнении работы.

ВАРИАНТ 1

Определить для вольтметра с пределом измерения 30 В класса точности 0, 5 относительную погрешность для точек 5, 10, 15, 20, 25 и 30 В и наибольшую абсолютную погрешность прибора.
Предел измерения I_пр амперметра с внутренним сопротивлением R_А должен быть расширен до значения 8 I_пр. Найти значение R_Ш.
В трехфазную сеть с действующим значением линейного напряжения 380 В подключен трехфазный асинхронный двигатель. Определить потребляемую двигателем активную мощность и коэффициент мощности в режиме холостого хода и под нагрузкой, если показания ваттметра и амперметра, включенных в одну из фаз двигателя, для указанных режимов были следующие: Р_х = 20 Вт, I_х = 0, 3 А; Р_н = 154 Вт, I_н = 1 А. Нарисовать схему подключения приборов.
Классификация приборов. Условные обозначения, наносимые на электроизмерительные приборы.
Ваттметры и варметры. Измерение активной и реактивной мощности.

ВАРИАНТ 2

Вольтметр с пределом измерения 7, 5 В и максимальным числом делений 150 имеет наибольшую абсолютную погрешность 36 мВ. Определить класс точности прибора и относительную погрешность в точках 40, 80, 90, 100 и 120 делений.
Предел измерения микроамперметра на 150 мкА должен быть расширен до 15 А. Определить сопротивление шунта, если внутреннее его сопротивление R_А = 400 А.
Активная мощность трехфазной симметричной нагрузки, включенной по схеме «звезда», измеряется по методу двух ваттметров. Действующее значение линейного напряжения U_л = 220 В. Полное сопротивление каждой фазы Z = 120 Ом. Определить показание второго ваттметра при нулевом показании первого. Нарисовать схему подключения.
Общие детали устройства электроизмерительных приборов.
Фазометры, измерение коэффициента мощности.

ВАРИАНТ 3

Миллиамперметр с пределом измерения 300 мА и максимальным числом делений 150 был поверен в точках 20, 40, 60, 80, 100, 120, 140 и 150 делений. Образцовый прибор дал следующие показания (мА): 39, 8; 80, 1; 120, 4; 159, 7; 199, 5; 240; 279, 6; 300, 3. Определить класс точности прибора и построить для него график поправок: DI=F(I_пр).
Для расширения предела измерения амперметра с внутренним сопротивлением R_А = 0, 5 А в 50 раз необходимо подключить шунт. Определить сопротивление шунта, ток полного отклонения прибора и максимальное значение тока на расширенном пределе, если падение напряжения на шунте U_н = 75 мВ.
В трехфазной четырехпроводной цепи с действующим значением линейного напряжения U_л = 220 В и коэффициентом мощности нагрузки в каждой фазе 0, 7 показания ваттметров в фазах А, В и С равны 210, 320 и 375 Вт. Определить полную, активную и реактивную мощности, потребляемые нагрузкой, а также полное, активное и реактивное сопротивление нагрузки в каждой фазе. Нарисовать схему подключения.
Погрешности измерений и электроизмерительных приборов.
Частотомеры, измерение частоты в цепях однофазного и трехфазного тока.

ВАРИАНТ 4

Амперметр класса точности 1, 5 имеет 100 делений. Цена каждого деления 0, 5 А. Определить предел измерения прибора, наибольшую абсолютную погрешность и относительную погрешность в точках 10, 30, 50, 70 и 90 делений.
Амперметр с внутренним сопротивлением R_А = 0, 015 Ом и пределом измерения 20 А имеет шунт сопротивлением 0, 005 Ом. Определить предел измерения амперметра с шунтом, а также ток в цепи, если его показание равно 12 А.
Через трансформатор тока 50/5 А и трансформатор напряжения 3000/150 В в однофазную цепь переменного тока включен ваттметр электродинамической системы с пределами измерений I_пр = 5 А, U_пр = 150 В. Определить активную мощность цепи, если ваттметр показал 125 делений. Максимальное число делений прибора 150. Нарисовать схему подключения.
Магнитоэлектрические приборы и логометры. Принцип действия, конструкция, угол поворота подвижной части, достоинства и недостатки, применение.
Расширение пределов измерения на постоянном и переменном токе.

ВАРИАНТ 5

При поверке амперметра с пределом измерения 10 А класса точности 0, 5 относительная погрешность на отметке 2 А составила 4, 5%. Определить, соответствует ли прибор указанному классу точности, если абсолютная погрешность в этой точке имеет наибольшее значение.
Магнитоэлектрический прибор с сопротивлением 10 Ом и током полного отклонения 7, 5 мА может быть использован в качестве амперметра на 30 А. Определить сопротивление шунта.
Амперметр, вольтметр и ваттметр подключены к однофазной нагрузке через трансформаторы тока 150/5 А и напряжения 1000/100 В. Показания приборов при этом были следующие: I = 2, 4 А; U = 78 В; Р = 165 Вт. Определить ток, напряжение и мощность нагрузки (полную, активную, реактивную) и коэффициент мощности. Нарисовать схему подключения.
Электромагнитные приборы и логометры. Принцип действия, конструкция, угол поворота подвижной части, достоинства и недостатки, применение.
Выбор электроизмерительных приборов.

ВАРИАНТ 6

Милливольтметр магнитоэлектрической системы класса точности 0, 5 с пределами измерений 3; 1, 5; 0, 6; 0, 3; 0, 15 В имеет максимальное число делений 150. Определить для каждого предела наибольшее и наименьшее значения измеряемых напряжений в точке, соответствующей 40 делениям.
Амперметр с наружным шунтом R_Ш = 0, 005 Ом рассчитан на предел измерения 60 А, его внутреннее сопротивление R_А = 15 Ом. Определить ток полного отклонения измерительной катушки прибора.
Определить полное, активное и реактивное сопротивления и мощности цепи переменного тока, если амперметр, вольтметр и ваттметр, включенные через трансформаторы тока и напряжения, с коэффициентами трансформации К_I =50 и К_U = 40 при I₂ = 5 А и U₂ = 100 В показали следующие значения: I = 4, 2 А; U = 90 В, Р = 240 Вт. Нарисовать схему подключения.
Электродинамические приборы и логометры. Принцип действия, конструкция, угол поворота подвижной части, достоинства и недостатки, применение.
Измерение малых сопротивлений.

ВАРИАНТ 7

Определить класс точности микроамперметра с двусторонней шкалой и пределом измерения 100 мкА, если наибольшее значение абсолютной погрешности получено на отметке 40 мкА и равно 1, 7 мкА. Определить относительную погрешность прибора для этого значения.
Амперметр с пределом измерения 100 А имеет наружный шунт сопротивлением R_Ш = 0, 001 Ом. Определить сопротивление измерительной катушки прибора, если полный ток отклонения I = 25 мА.
В сети однофазного тока, находящейся под напряжением 1500 В, проходит ток 140 А. Для измерения этих величин, потребляемой активной мощности и cos j использован вольтметр с пределом измерения 75 В, амперметр на 5 А и ваттметр с пределами по току и напряжению соответственно 5 А и 75 В, с числом делений 150. Приборы включены в сеть через трансформаторы тока и напряжения с коэффициентами трансформации К_I = 40 при I₂ = 5 А и К_U = 30 при U₂ = 100 В. Определить показания амперметра и вольтметра, а также потребляемую активную мощность и cos j, если ваттметр показал 60 делений. Нарисовать схему подключения.
Ферродинамические приборы и логометры. Принцип действия, конструкция, угол поворота подвижной части, достоинства и недостатки, применение.
Генераторные преобразователи.

ВАРИАНТ 8

Вольтметры разных систем на один и тот же предел измерения U имеют следующие классы точности: 1, 0; 2, 5; 0, 5; 0, 2. Определить наибольшую абсолютную погрешность для каждого прибора в общем виде.
Милливольтметр с пределом измерения 75 мВ и внутренним сопротивлением R_В = 25 Ом имеет 150 делений шкалы. Определить сопротивление шунта, чтобы прибором можно было измерять предельной значение тока 30 А. Определить цену деления прибора в обоих случаях.
Двухэлементный трехфазный ваттметр с номинальным напряжением U_н = 100 В, номинальным током I_н = 5 А включен в цепь трехфазного тока через трансформаторы тока и напряжения с коэффициентами трансформации К_I = 100/5 А и К_U=6000/100 В. Определить мощность первичной цепи, если ваттметр показывает 300 Вт. Нарисовать схему подключения.
Индукционная система. Принцип действия, конструкция, угол поворота подвижной части, достоинства и недостатки, применение.
Измерение больших сопротивлений.

ВАРИАНТ 9

Образцовый и лабораторный амперметры соединены последовательно. Показание образцового прибора равно I_э = 5А, показание лабораторного прибора I_из = 5, 07 А.

Найти абсолютную и относительную погрешности измерения лабораторным прибором, если погрешностью измерения образцовым прибором можно пренебречь.

Активная мощность, подводимая к трехфазному асинхронному двигателю, измерялась по методу двух ваттметров. При номинальной нагрузке двигателя стрелки обоих ваттметров отклонялись в одну и ту же сторону, при этом первый ваттметр показывал Р₁ = 1274 Вт, а второй Р₂ = 589 Вт. При уменьшении нагрузки первый ваттметр показал Р₁¢ = 571 Вт, а второй ваттметр – Р₂¢ = 0. Когда с двигателя сняли нагрузку и он стал работать вхолостую, то первый ваттметр показал Р₁² = 550 Вт, а стрелка второго ваттметра отклонилась в обратную сторону; после переключения концов параллельной цепи (обмотки) ваттметр показал Р₂² = 23 Вт. Определить для трех случаев – активную мощность, подводимую к асинхронному двигателю, угол сдвига фаз j между током и напряжением, коэффициент мощности и реактивную мощность. Нарисовать схему подключения.
Поправочный коэффициент счетчика электрической энергии К = 0, 8, его показание равно W (кВт · ч). Определить действительное значение израсходованной в сети энергии.
Электростатическая, выпрямительная и вибрационная системы приборов. Принцип действия, конструкция, угол поворота подвижной части, достоинства и недостатки, применение.
Измерение тока и напряжения.

ВАРИАНТ 10

Вольтметр имеет класс точности 2, 5 и предел измерения 300 В. Найти допустимые значения относительной погрешности измерения, если значения измеренного напряжения оказались: в случае а) U₁ = 30 В; в случае б) U₂ = 250 В.
Микроамперметр с пределом измерения 1000 мкА и внутренним сопротивлением R_А = 300 Ом необходимо использовать в качестве вольтметра на предел 30 В. Определить добавочное сопротивление.
Активная мощность приемника (обмотки соединены звездой без нулевого провода) измеряется по методу двух ваттметров. Линейные напряжения U_АВ = U_ВС = U_СА = U_Л = 220 В, а полные сопротивления фаз приемника Z_А = Z_В = Z_С = 50 Ом. Определить показание второго ваттметра, если показание первого ваттметра равно нулю. Нарисовать схему подключения.
Счетчики активной и реактивной энергии. Измерение активной и реактивной энергии. Принцип действия, конструкция, угол поворота подвижной части, достоинства и недостатки, применение.
Параметрические преобразователи.

Программа экзамена

Основные понятия науки метрологии: измерение, мера, измерительный прибор, истинное и действительное значение физической величины, погрешность измерения.
Методы измерений: прямые, косвенные. Погрешности измерений, их расчет. Виды погрешностей, способы их уменьшения.
Классификация электроизмерительных приборов, условные обозначения на шкале прибора.
Измерительные цепи и измерительные механизмы приборов.
Вращающий и противодействующий момент.
Отсчетное устройство, успокоители.
Магнитоэлектрическая система измерительного механизма: устройство, принцип действия, угол поворота подвижной части, логометры и их особенности. Успокоители. Достоинства и недостатки. Применение.
Электромагнитная система измерительного механизма: устройство, принцип действия, угол поворота подвижной части, логометры. Защита от внешних магнитных полей. Успокоители, астатические системы. Достоинства и недостатки данных измерительных механизмов. Применение.
Электродинамическая система: схема устройства, угол поворота подвижной части, логометры, защита от внешних магнитных полей, достоинства и недостатки. Применение.
Ферродинамическая система, особенности работы, погрешности измерений. Достоинства и недостатки систем, применение.
Индукционная измерительная система: устройство, принцип работы, вращающий момент, достоинства и недостатки, применение.
Электростатическая система: устройство, угол поворота подвижной части, защита от внешних электрических полей, достоинства и недостатки, применение.
Вибрационная, выпрямительная, термоэлектрическая системы. Особенности работы, достоинства и недостатки, применение.
Амперметры и вольтметры, основные измерительные системы, точность измерения, схемы подключения. Основные параметры приборов, расчет цены деления.
Шунты, применение, расчет величины сопротивления, подключение к амперметру. Расчет цены деления, полученной после подключения.
Дополнительные сопротивления, применение, расчет величины сопротивления, подключение к вольтметру. Расчет цены деления, полученной после подключения.
Измерительные трансформаторы тока и напряжения. Схемы подключения. Выбор по заданным параметрам. Основные данные трансформаторов. Расчет цены деления, полученной после подключения.
Омметры, особенности работы, правила пользования.
Особенности измерения больших и малых сопротивлений. Методы сравнения, измерение мостом.
Измерение мощности в цепях постоянного тока.
Электродинамический ваттметр в цепи переменного тока.
Измерение активной и реактивной мощности в цепях трехфазного переменного тока.
Подключение ваттметров через измерительные трансформаторы тока и напряжения. Определение пределов измерения.
Индукционный, электродинамический счетчики активной энергии.
Измерение активной энергии в цепях постоянного тока.
Измерение активной и реактивной энергии в трехфазных цепях.
Электродинамические и ферродинамические фазометры.
Электромагнитный фазометр.
Электродинамические и ферродинамические частотомеры.
Электромагнитный частотомер.
Вибрационный частотомер.
Виды параметрических преобразователей: реостатные, угольные, терморезисторы и др. Принцип работы, применение
Генераторные преобразователи: индукционные, пьезоэлектрические, термоэлектрические. Принцип работы, применение.

Содержание

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА.. 2

ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН.. 3

Введение. 4

Раздел 1. Основы метрологии и электроизмерительные приборы.. 7

Раздел 2. Измерительные механизмы приборов непосредственной оценки. 14

Тема 2.1 Магнитоэлектрическая и электромагнитная системы.. 14

Детали и узлы общего применения. 15

Магнитоэлектрические измерител

⇐ Предыдущая 17 18 19 20 21 22 23 24 2526