МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ

МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ

Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников средних профессиональных учебных заведений по специальности - 110302 «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства»

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Развитие науки и техники в области механизации и автоматизации производственных процессов в различных отраслях народного хозяйства выдвигают новые задачи перед контрольно-измерительной техникой. Ведется работа по повышению качественных показателей измерительной аппаратуры: точности, чувствительности, надежности, устойчивости; расширяется ее номенклатура. Внедряются автоматические приборы с цифровым отсчетом, обеспечивающие не только быстрые и точные измерения, но и связь с системами автоматического управления и регулирования. Программой дисциплины «Метрология, стандартизация и электрические измерения» предусматривается изучение основ метрологии, основных положений государственной и межотраслевой систем стандартизации, устройства и принципа действия электроизмерительных приборов, способов измерения электрических и неэлектрических величин. Работать над дисциплиной рекомендуется в следующей последовательности: ознакомиться с программой дисциплины и методическими указаниями по изучению каждой темы, разобрать решение типовых задач, ответить на вопросы самоконтроля и выполнить контрольную работу. По всем неясным вопросам, которые возникнут при изучении материала дисциплины, следует обратиться за консультацией, в учебное заведение. В процессе изучения программного материала рекомендуется непосредственно на производстве ознакомиться с электроизмерительными приборами и схемами их включения.

В результате изучения дисциплины студенты должны:

иметь представление о роли метрологии, стандартизации и электрических измерений;

знать и уметь использовать основные понятия в метрологии, системы стандартизации, принципы измерений, методы определения погрешностей измерений, методы и средства измерений электрических и неэлектрических величин, составлять схемы измерений, фиксировать показания приборов и анализировать полученные результаты.

Программой предусмотрено выполнение 9 лабораторных работ. Лабораторные работы выполняются в период лабораторно-экзаменационной сессии.

ПРИМЕРНЫЙ ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН учебной дисциплины

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Л-1. Малиновский В.Н. Электрические измерения. - М.:

«Энергоиздат», 1982.

Л-2. Котур В.И„ Скомская М, А., Храмова Н.Н. Электрические измерения и электрические приборы. - М.: «Энергоиздат», 1986.

Л-3. Шишкин И.Ф. Метрология, стандартизация и управление качеством. - М.: Издательство стандартов, 1990.

Л-4. Козловский Н.С., Виноградов А.Н. Основы стандартизации, допуски, посадки и технические измерения. - М.: Машиностроение, 1982.

УЧЕБНОЕ ЗАДАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Задачи и содержание дисциплины «Метрология, стандартизация и электрические измерения», ее место и связь с другими дисциплинами учебного плана. Роль дисциплины в подготовке специалиста. Краткий обзор развития метрологии и стандартизации. Вклад русских ученых в их развитие Задание. Изучить: Л-1, с. 5...М; Л-2, с. 4...8.

МЕТРОЛОГИЯ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ

Основные понятия о метрологии

Студент должен знать общие сведения о метрологии: принцип измерений, единицы физических величин, причины погрешностей измерений,

средства измерений. Необходимость поверки средств измерений и обра ботки их результатов.

Задание. 1. Изучить: Л-1, с. 12...31; Л-2, с.9,.Л7, 409. 2. Ответить на вопросы: 1. Что такое измерение? Какие единицы измерения физических величин вам известны? 2. Чем измеряются физические величины? 3. Измеренное значение физической величины истинно или приближенно и почему?

Средства и методы измерений

Студент должен знать: основные средства и методы измерений, Классификацию и маркировку приборов.

Задание. 1. Изучить: Л-1, с. 31...41, с. 59...73; Л-2, с. 17...34. 2, Ответить на вопросы: 1. Какими основными качествами характеризуются электрические средства измерения? 2. Из каких основных элементов состоит электромеханический прибор?

Электромеханические измерительные приборы

Студент должен знать основные электромеханические измерительные приборы;

уметь: проводить поверку амперметров и вольтметров прямого действия, образцовых приборов с применением компенсаторов постоянного тока.

Задание. 1. Изучить устройство, принцип действия приборов магнитоэлектрической, электромагнитной, электро- и ферродинамической, индукционной систем. Л-1, с. 72... 179.

2. Составить по каждому прибору краткое описание характеристик по следующей схеме:

- устройство (можно использовать ксерокопии схем и рисунков с учебника);

- принцип действия (обязательно формулы равновесия механического и электромагнитного моментов М_мех = М _эл.м_.

- достоинства и недостатки приборов. Л-2, с. 71...164.

Измерения электрических величин

Студент должен знать основные измерения электрических величин;

уметь: проводить измерения основных электрических величин и учет электрической энергии в целях постоянного и переменного тока.

Задание. 1. Изучить Л-1, с. 239...310; Л-2, с. 165...198. 2. Составить электрические схемы подключения всех измерительных приборов в электрическую цепь.

Измерение магнитных величин

Студент должен знать основные сведения об измерениях магнитных величин;

уметь проводить измерения потерь мощности в ферромагнитных материалах. Задание. 1. Изучить Л-1, с. 321...349; Л-2, с. 214...235. 2. Начертить электрические схемы включения тесламетра, феррометра и ваттметра для определения потерь в схеме.

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ рекомендуемых лабораторных работ

1. Поверка амперметров и вольтметров прямого действия.

2. Поверка образцовых приборов с применением компенсаторов постоянного тока.

3. Изучение и применение цифрового вольтметра.

4. Измерение сопротивлений, индуктивности и емкости различными методами.

5. Измерение мощности в трехфазных цепях.

6. Учет электрической энергии в цепях постоянного и переменного тока.

7. Измерение коэффициента мощности и частоты переменного тока.

8. Измерение потерь мощности в ферромагнитных материалах.

9. Исследование измерительных преобразователей нсэлектрических «сличил.

СТАНДАРТИЗАЦИЯ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Пример 3

В сеть однофазного переменного тока через трансформатор тока с коэффициентом трансформации К_I и трансформатор напряжения с коэффициентом трансформации К_U включены приборы:, амперметр, вольтметр, ваттметр, фазометр.

Дано: Кi = 50/5; Кн= 10000/100; U₂ = 98В; Р₂= 400Вт; соsφ = 0, 95. Определить: I₁. U₁,. Р₁ I₂; S₂;.

Решение:

1. Из формулы активной мощности определяем показание амперметра:

где Р₂ - показание ваттметра, Вт; U₂ - показание вольтметра В; соs φ ₂ показание фазометра.

2. Из формулы коэффициента трансформации трансформатора тока определяем ток в первичной обмотке трансформатора тока:

3. Из формулы коэффициента трансформации трансформатора напряжения определяем напряжение на потребителе:

При составлении схем необходимо помнить, что токовые обмотки приборов включаются в цепь последовательно с нагрузкой, а в обмотки напряжений - параллельно. При изображении схем пользуйтесь стандартами Задача 4 относится к определению параметров электрической цепи переменного тока: активною сопротивления и индуктивности с помощью амперметра, вольтметра, ваттметра и фазометра. Пример 4. Для исследования цепи однофазного переменного тока частотой 50Гц с катушкой индуктивности включили приборы: амперметр, вольтметр, ваттметр и фазометр. Определить:

1. Показание ваттметра Р;

2. Активное, индуктивное и полное сопротивление цепи;

3. Индуктивность катушки;

4. Реактивную и полную мощность цепи

Задача 5 относится к измерениям электрических величин в четы-зехпроводной трехфазной сети 380/220 В с неравномерной нагрузкой раз.

При этом мощность в такой сети измеряется методом трех приборов [с помощью трех одноэлементных ваттметров). В этом случае каждый ваттметр измеряет мощность одной фазы:

где U_АU_В, U_С - фазовые напряжения;

I_А, I_В, I_С- фазовые токи;

φ _А φ _В φ _С. - фазовые сдвиги соответствующими фазными напряжениями и фазными токами.

Для нахождения мощности трехфазной четырехпроводной сети берется алгебраическая сумма показаний трех ваттметров:

Р=Р_А+ Рв+ Рс= Р_W1+ Р_W2+Р_WЗ.

Пример 5. Потребитель с неравномерной активной нагрузкой фаз, соединенной звездой, подключен к трехфазной сети переменного тока 380/220, имеющей симметричную систему напряжений. Максимальный рабочий ток каждой из фаз линии может достигать 190А. Необходимо измерить напряжение каждой фазы U_А U_В U_С и одно из линейных напряжений U, тока каждой из фаз I_А, I_В, I_С и активную мощность каждой фазы потребителя Р_А, Р_В, Р_С.

1. Начертите схему измерения.

2. Используя таблицы, приведенные в указаниях к данной задаче, выберите все необходимые электроизмерительные приборы и измерительные трансформаторы тока.

3.5. активные мощности каждой из фаз потребителя Р_А, Р_В, Р _С и мощность всего потребителя Р.

Некоторые данные амперметров и вольтметров электромагнитной системы переменного тока с изоляцией на 2 кВ типа Э378

Ваттметры ферродинамической системы для измерения активной мощности в цепях однофазного переменного тока, многопредельные с изоляцией на 2 кВ

Некоторые данные измерительных трансформаторов тока ТК-20 с изоляцией на 0, 66 кВ

Задача 6 посвящена учету электрической энергии в цепях переменного тока.

Для решения задачи надо знать определение передаточного числа, постоянной и погрешности счетчика.

Передаточное число равно числу оборотов диска, приходящихся на единицу учтенной счетным механизмом энергии;

На щитке счетчика передаточное число записывается, например, следующим образом:

1 кВт. ч =1250 оборотов диска

Величина, обратная передаточному числу, называется номинальной достоянной счетчика:

С_Н = W/NВт. сек/оборот;

Действительная постоянная счетчика определяется выражением:

Сд = Р • t/ N Вт. сек / оборот.

Абсолютная погрешность счетчика:

∆ С = С_Н- С_Д Вт. сек / оборот.

Относительная погрешность счетчика, по которой определяется класс точности счетчика:

γ =[(Сн - Сд)/Сд] · 100%.

Пример 5. Для поверки однофазного счетчика, имеющего передаточное число К_н-1250 оборотов/кВт, ч, в цепь включены приборы: амперметр, вольтметр, ваттметр, счетчик электроэнергии. Коэффициент мощности нагрузки: соs φ = 0, 8

Показания приборов: амперметра - 4А, вольтметра - 130В. За время

t = 120 сек. счетчик сделал №17 оборотов.

Определить

1. Показания ваттметра Р;

2. Номинальную постоянную счетчика С_Н;

3. Действительную постоянную счетчика С_д;

4. Абсолютную погрешность счетчика ∆ С;

5. Относительную погрешность счетчика γ.

Решение:

1. Показание ваттметра:

Р= U · I- соs φ = 130 · 4 · 0, 4 = 416Вт.

2. Действительная постоянная счетчика:

С_Д= Р · t /№ = 416 · 120/17= 2936Вт. сек/об.

3. Номинальная постоянная счетчика: