Описание лабы 46 (Лаба №46)

-3-

Лабораторная работа № 46

МОСТОВОЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ НА ПЕРЕМЕННОМ ТОКЕ

1. Цель работы

Цель работы - знакомство с мостовым методом измерения на перемен­ном токе с использованием серийного измерительного моста и проведение измерений параметров различных элементов электрической цепи.

2. Домашнее задание

1. Изучить мостовой метод [1—6] и его особенности при работе на пе-
   ре-менном токе. Изобразить 2—3 электрические схемы частотно-
   независимых мостов и записать соотношения между параметрами элемен­
   тов моста при равновесии его, если измеряются параметры реальных кату­
   шек индуктивности или конденсаторов.

2. В соответствии с заданием подготовить таблицы для записи резуль­
   татов измерений и погрешностей, а также для спецификации средств изме­
   рений. Записать необходимые расчётные соотношения и формулы.

3. Рабочее задание

1. Ознакомиться с оборудованием стенда. Изучить устройство изме­
   рительного моста, его основные характеристики и правила пользования
   мостом в разных режимах.

2. Определить с помощью моста переменного тока значение индук­
   тивности и взаимоиндуктивности, а также активного сопротивления вихре-
   токового преобразователя при наличии различных контролируемых объек­
   тов и без них. Изобразить полученные значения полного сопротивления
   преобразователя на комплексной плоскости и рассчитать его добротность.

3.3. Произвести измерения комплексного сопротивления в каждой из
декад магазина сопротивлений (при указанном преподавателем числе
включённых резисторов в декаде) и рассчитать его активную и реактивную
составляющие (или параметры элементов схемы замещения).

3.4. Измерить активную и реактивную составляющие полного сопротив­
ления декады, при изменении сопротивления от нуля до максимального.
Построить зависимость электрических параметров декады (R, L или С) от
числа включенных резисторов, найти погрешность и произвести статисти­
ческую обработку результатов.

3.5. Измерить электрические параметры (R, L и С) самого короткого и
самого длинного из соединительного проводов, коаксиального кабеля, вхо­
да вольтметров и входа осциллографа. Сопоставить их с параметрами ис-

-4-

следованных ранее объектов и оценить создаваемую ими погрешность.

1. Измерить ёмкости и тангенсы угла диэлектрических потерь (доб­
   ротности) для партии конденсаторов. Провести статистическую обработку
   полученных значений: найти среднее значение ёмкости, обнаружить и уст­
   ранить конденсаторы с грубыми отклонениями ёмкости от номинальной,
   рассчитать среднее квадратическое отклонение ёмкости в партии, постро­
   ить гистограмму, определить закон распределения и т.д. [1—4].

2. Записать результаты измерения по стандартной форме [1] для трёх
   различных физических величин.

3. Составить спецификацию использованных в работе средств изме­
   рений, обработать результаты, сделать выводы и оформить отчёт.

4. Особенности мостовых методов измерений на переменном токе

Измерительные мосты переменного тока выполняются с использовани­ем тех же основных принципов, что и мосты постоянного тока [1—4]: че-тырёхплечие (одинарные) (рис.1), шестиплечие (двойные) (рис. 2) и дру­гие.

Главной особенностью мостов переменного тока при этом является комплексный характер сопротивлений ветвей моста, определяемый их ак­тивной и реактивной составляющими сопротивлений. В мостах с элек­тронными устройствами часто анализируют напряжение на нуль-органе:

Как и на постоянном токе мостовые устройства переменного тока мо­гут использоваться в уравновешенном состоянии (нулевой метод) или в неуравновешенном (обычно близком к положению равновесия), когда реа­лизуется дифференциальный метод измерений. На переменном токе суще­ствует также режим с частичным уравновешиванием по одной составляю­щей комплексного сопротивления, называемый квазиуравновешенным.

Чтобы мост находился в равновесии (1_НО = О, й_но = О, Р_но = О), необхо­димо равенство нулю числителя дроби в выражении (3), т.е.:

При равновесии моста равенства (8) и (9) или (10) и (И) должны выпол­няться одновременно. Определение момента равновесия в зависимости от конкретных устройств и нуль-органа или условий измерений может про­изводиться по току, напряжению или мощности, причём условия равнове­сия фактически совпадают (см. 1, 2).Наилучшие условия работы моста со­ответствуют равенству модулей сопротивлений, так как при этом достига­ется наибольшая чувствительность к изменению сопротивления, что по­зволяет снизить погрешность.

Равновесие мостов переменного тока может быть получено при раз­личном сочетании реактивных составляющих сопротивлений. Целесооб­разное построение основных вариантов электрических схем дано на рис. 3, где приведены также условия равновесия. Условия равновесия моста пе­ременного тока сложнее, причём при изменении одного из элементов в ветви моста (активного или реактивного) достигается минимум выходного сигнала (тока, напряжения или мощности), а не нуль, как в мостах посто­янного тока. Поэтому необходимо сделать несколько приближений к по­ложению

-7-

равновесия, минимизируя показание нуль-органа путём регулировки попе­ременно активного и реактивного сопротивлений ветви моста. Количество таких регулировок характеризует сходимость моста. Для её улучшения ис­пользуют разные способы, в том числе шестиплечие мосты (рис. Зд).

Если положение равновесия не зависит от частоты питания, его назы­вают частотно-независимым (рис. За-Зв). При использовании таких мостов снижается погрешность из-за наличия высших гармонических составляю­щих в блоке питания.

Мост по схеме рис. Зе имеет общую точку ("землю") у источника пита­ния и выходной диагонали с экранированием этих цепей друг от друга.

Основные расчёты для мостов переменного тока производятся так же, как и для постоянного, но в виде комплексных чисел с переходом в необ­ходимых случаях к модулю, фазе или к соответствующим составляющим.

5. Методические указания

1. В работе используется автоматический самоуравновешивающийся
   мост переменного тока. При измерениях надо выбрать режим работы и
   включить по четырёхзажимной схеме исследуемый объект.

2. Взаимоиндуктивность определяется путём измерения суммарной
   индуктивности двух катушек при согласном и встречном их включении.

3. Комплексное сопротивление резисторов декады, характеризуемое
   их номинальным значением и числом включённых элементов (номером),
   зависит от их активного сопротивления и от влияния паразитных парамет­
   ров: индуктивности проводов и ёмкостей между элементами конструкции.

4. Получаемая зависимость (п. 3.4) должна быть линейной от числа
   включённых резисторов, что надо учесть при обработке результатов.

5. Электрические параметры испытуемых объектов являются паразит­
   ными по их роли в процессе любых измерений, когда они используются.
   Поэтому их влияние должно учитываться как появляющаяся погрешность,
   например как погрешность взаимодействия.

6. Измерения для партии конденсаторов являются фактически анало­
   гом входного или выходного контроля на производстве. Обработка полу­
   ченных результатов измерений осуществляется по правилам математичес­
   кой статистики и должна содержать: математическое ожидание, среднее
   квадратическое отклонение, гистограмму, позволяющую определить бли­
   зость закона распределения к какому-то стандартному, и т.д.

7. Запись результата измерения физической величины должна содер­
   жать: наиболее вероятный результат измерения в единицах международ­
   ной системы, погрешность измерения и вероятность полученного резуль­
   тата, желательно с указанием закона распределения. Погрешность округ­
   ляется до 1 или 2 значащих цифр, а результат — до цифр в тех же разрядах.

8. Спецификация оборудования, использованного при выполнении ла­бораторной работы, состоит из наименования и типа прибора, года выпус-

-8-

ка и заводского номера, нормируемых метрологических характеристик и других сведений, требуемых для повторных или уточняющих экспери­ментах, и особенностей аппаратуры (примечания).

Контрольные вопросы

1. Поясните особенности, преимущества и недостатки двух- и четы-
   рёхзажимных резисторов.

2. Какие устройства можно использовать в качестве нуль-органа?

3. Как минимизировать погрешность измерения мостовым методом?

1. Какие особенности надо учитывать при измерении малых или
   больших значений сопротивлений, при малых или больших частотах?

2. Какие элементы мостовой цепи ограничивают чувствительность к
   изменению (приращению) измеряемого сопротивления?

3. Рассчитайте значение измеряемых параметров ветви моста и по­
   грешность при заданных значениях погрешности изготовления и темпе­
   ратурных коэффициентов элементов других ветвей.

4. Как производятся измерения параметров при большой длине соеди­
   нительных проводов между исследуемым элементом и мостом?

8-. Какой вид имеет зависимость показаний средства измерения в из­мерительной диагонали моста от значения сопротивления ветви?

9. Запишите выражения для составляющих погрешностей для уравно­вешенного и неуравновешенного мостов.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Останин Ю.Я. Методы и средства измерений в системах технической диагности­
ки: Учебн. пособ. по курсу "Метрология и измерения в технической диагностике". -
М.: Издательство МЭИ, 2001. 32 с.

1. Атамалян Э.Г. Приборы и методы измерения электрических величин: Уч. пособие.
   2-е изд. - М.: Высш. шк., 1989. - 384 с.

2. Атабеков А.И. Теоретические основы электротехники. -М.: Энергоатомиздат,
   1985. - 193 с.

3. Добренко А.М., Останин Ю.Я., Соколов В.Б. Мостовой метод измерений на по­
   стоянном токе. Лабораторная работа №45. Методическое пособие по курсу "Метро­
   логия и измерения в технической диагностике" Под ред. Ю.Я. Останина.- М.: Изда­
   тельство МЭИ, 2001. 8 с.

4. Метрология и электроизмерительная техника. В.И.Диденко и др. / Под ред.
   В.И.Малиновского. М.: Издательство МЭИ, 1991. - 80 с.

Содержание

1. Цель работы 3

2. Домашнее задание 3

3. Рабочее задание 3

4. Особенности мостовых методов измерений на переменном токе .... 4

5. Методические указания 7

Контрольные вопросы 8

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК... 9