Міністерство освіти і науки України
Харківський національний автомобільно-дорожній університет
курсова робота
“Розрахунокбагатомежового електровимірювального приладу”
здисципліни “Основи метрології та електричних вимірювань”
Вступ
Метоюкурсової роботи є розрахунок електровимірювального приладу М261М.
Виконання синтезубагатомежового електровимірювального приладу, призначеного для виміру:
- постійної напруги на межах 3; 6; 15; 60;150; 300 В;
- постійного струму на межах 0.06; 0.6; 6;60; 600 мА;
- змінної напруги на межах 30 і 120 В;
- змінного струму на межах 3 і 30 мА.
Головноюзадачею курсової роботи є практичне засвоювання матеріалу відносно отриманихтеоретичних знань з дисципліни “ Основи метрології та електричних вимірювань”.
1. ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА
1.1 Загальні відомості
Найбільшрозповсюдженими видами електричних вимірів є виміри струму й напруги. Для цьогозастосовують прилади різних типів, які задовольняють умовам і вимогамконкретної вимірювальної задачі. Технічні показники електровимірювальнихприладів та їхня класифікація, а також умовні позначки, які наносяться нашкалах і панелях приладів, стандартизовані і визначаються стандартом (ДСТ 1845– 69 та 13600 – 68).
1.2 Класифікація приладів електровимірювань
1.Коли класифікацію роблять по назві одиниці вимірюваної величини. Нашкалі приладу пишуть його повну назву або початкову латинську букву одиницівимірюваної величини, наприклад: амперметр – А, вольтметр – В, ватметр – W ітак далі. Для багатофункціональних приладів ці позначення вказують уперемикальних пристроїв і поєднують з назвою приладу, наприклад«вольтамперметр». До головної букви найменування приладу може бути доданопозначення кратності основної одиниці: мілліампер — mА, кіловольт — kV, мегават- MW і так далі.
2.По роду струму. Ця класифікація дозволяє визначити, в ланцюгах якогоструму можна застосовувати даний прилад. Це позначають умовними знаками нашкалі приладу. На приладах змінного струму вказують номінальне значення частотиабо діапазон частот, при яких їх застосовують, наприклад 20-50-120 Гц; 45-550Гц; при цьому підкреслене значення є номінальним для даного приладу. Якщо наприладі не вказаний діапазон робочих частот, то він призначений для вимірів вустановках з частотою 50 Гц.
3. По класу точності. Класточності приладу позначають числом, рівним що допускається приведеною похибкою,вираженою у відсотках. Випускають прилади таких класів точності: 0,05; 0,1;0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0. Для лічильників активної енергії шкала класів точностідещо інша: 0,5; 1,0; 2,0; 2,5. Цифру, вказуючу клас точності, вказують на шкаліприладу. Клас точності приладу визначає основну похибку приладу, яка обумовленайого конструкцією, технологією виготовлення і має місце в нормальних умов експлуатації(певні діапазони температури і вологості, відсутність зовнішніх електричних імагнітних полів і вібрації, правильна установка і т. д.). Якщо умови експлуатаціївідрізняються від нормальних, то виникають додаткові похибки, котрі можуть матияк негативне, так і позитивне значення які впливають на точність виміру. Необхіднопам'ятати, що з меншою відносною похибкою виміряється величина, відлічувана приположенні стрілки приладу ближче до межі шкали, тому що відносна похибка вимірузменшується зі збільшенням вимірюваної величини. Наприклад, для вольтметра зішкалою 0 – 100В класу точності 1,5 гранична абсолютна похибка дорівнює 1,5В, авідносні похибки при вимірах 25В і 75В відповідно рівні
/>
/>.
Отже,для зменшення відносної похибки виміру потрібно вибирати вимірювальний прилад зтакою верхньою межею, щоб при вимірі положення стрілки приладу знаходилося востанній третині (чи половині) його шкали.
4.По виконанню залежно від умов експлуатациі. Клас приладу визначаєтьсяп'ятьма групами по діапазону робочих температур і відносною вологістю. Граничнізначення визначають умови при зберіганні і перевезенні.
Групуприладу вказують на шкалі належною літерою. Група А знаку на шкалі не має. Умежах робочих температур додаткова похибка лежить в межах класу точностіприладів.
1.3 Умовні позначки, які наносятьсяна електровимірювальні прилади
У відповідності зі стандартом коженвимірювальний прилад має наступні позначення (на лицьовій стороні, на корпусіта у затискачів): позначення одиниці вимірюваної величини (для приладів зіменованою шкалою); позначення класу приладу; указівка номера стандарту,встановленого на дану групу приладів; умовна позначка роду струму; умовнапозначка системи приладу й ступеня захищеності від магнітних та електричнихвпливів; умовна позначка робочого положення приладу (якщо це положення маєзначення); умовне позначення іспитової напруги ізоляції вимірювального колавідносно корпуса та ін.
Як приклад на рис. 1 наведена шкаламікроамперметра типу М94.
/>
Рис.1 — Лицьова панель приладу М94
1.4 Електровимірювальніприлади магнітоелектричної системи
Найбільшрозповсюдженими є прилади магнітоелектричної системи, які використовуються вякості:
1) відлікових пристроївскладних вимірювальних приладів, наприклад: а) стрілочних вимірників напруги велектронних вольтметрах різного типу; б) стрілочних вимірників рівня вихідногосигналу й коефіцієнта модуляції в генераторах різного типу; в) стрілочнихвимірників добротності, індуктивності, активного опору в приладах для вимірупараметрів компонентів й кіл із зосередженими постійними; г) стрілочних вимірниківу приладах і схемах для виміру параметрів електронних ламп, напівпровідниковихдіодів, транзисторів і інтегральних схем;
2) вимірників режимів роботистаціонарних й пересувних технічних приладів по постійному струмові (напругиживлення, струму споживання), вимірників режиму роботи випрямлячів тастабілізаторів;
3) індикаторів точногонастроювання мережних транзисторних радіоприймачів, індикаторів рівнязапису в транзисторних магнітофонах й для контролю струму в переносних істаціонарних магнітофонах і радіоприймачах.
У якості стрілочних вимірювальнихприладів в електронних вольтметрах, а також в іншій електровимірювальнійапаратурі використовуються, як правило, магнітоелектричні мікроамперметрикласів точності 1,0 та 1,5 і великої чутливості (із струмом повного відхилення100 – 200 мкА). Такі вимірники забезпечують високу чутливістьелектровимірювальних приладів.
2. РОЗРАХУНКОВА ЧАСТИНА
2.1 Вихідні данніНом. варіанту Тип приладу Струм, мкА Внутр. R, Ом Диод R1, Ом R2, Ом 25 М592М 250 600 Д9Б 800 11
2.2 Завдання
Виконати синтезбагатомежового електровимірювального приладу, призначеного для виміру:
- постійної напруги на межах 3; 6; 15; 60;150; 300 В;
- постійного струму на межах 0.06; 0.6; 6;60; 600 мА;
- змінної напруги на межах 30 і 120 В;
- змінного струму на межах 3 і 30 мА.
2.3 Розрахунок вхідного опору і відносної похибкивимірювального пристрою
/>=3В/> кОм;
/>=6В/> кОм;
/>=15В/> кОм;
/>=60В/> кОм;
/>=150В/> кОм;
/>=300В/> МОм.
2.4 Розрахунок відносної похибкивимірювального пристрою, обумовленої вхідним опором
/>
де /> -значення напруги, відлічуване по вольтметру.
При />=3В./>В.
При />=6В.
/>В.
При />=15В.
/>В.
При />=60В.
/>В.
При />=150В.
/>В.
При />=300В.
/>В.
При вимірі режимів у електричнихсхемах звичайно допускається похибка за рахунок шунтуючої дії приладу в межах
/>,
тобтозначення /> не повинне відрізнятисявід /> більш ніж на ±(5 – 10)%.
При/>=3В.
/>
При />=6В.
/>
При/>=15В.
/>
При/>=60В.
/>
При/>=150В.
/>
2.5 Розрахунок коефіцієнтів шунтування і прямогоопору діода в системі захисту від перенапруги вимірювального механізму
1. За законом Ома визначим величинуномінальної напруги, яка може бути прикладена до затискачачів вимірювальногомеханізму.
/>=250 мкА; />600 Ом;
/>/>=0.15 В
2. Будуємо в масштабі вольт — амперну характеристику діода Д9Д
3.Будуємо графік залежності
/>,
деUпр. – напруга на приладі при включенні діода у прямому напрямку;
Rпр. – опір діода при відповідній напрузі, визначається за формулою
/>.
При />=0.4В
/>Ом;
При />=0.6В
/>Ом;
При />=0.75В
/>Ом;
При />=0.85В
/>Ом;
При />=0.88В
/>Ом;
4. Визначаємокоефіцієнти шунтування по напрузі та по струму за формулами:
/>;
/>;
де /> - струм, який євідповідним до Uвх = 0.8В (за вольт-амперною характеристикою).
5. Опір діодав прямому напрямку
/> Ом
2.6 Розрахунок опорів шунтів привимірюванні постійного струму
Якщо граничне значення вимірюваногоструму дорівнює />, а струм повноговідхилення приладу />, то опір шунта /> визначають виходячи зтого, що />, звідки
/>
Визначаємо опір усього шунта />, що відповідає найменшіймежі виміру (0.06мА);
/>Ом.
Так як /> маєвід’ємне значення, тому з цього витікає, що на той межі даний вимірювальнийприлад не потребує в шунтуючій дії та йому не загрожує перенавантажування. Уцьому випадку шунт буде складатися з 4-х резисторів і
/> Ом.
Потім розраховуємо опори окремихрезисторів, починаючи з />:
/>Ом;
/>Ом;
/>Ом;
/>Ом;
2.7 Розрахунок опорів додатковихрезисторів при вимірюванні постійної напруги
Опір додатковогорезистора для такого вольтметра можна визначити за формулою
/>
де />межованапруга, яку можна вимірити приладом при даному значенні />.
/>=3В
/> Ом;
/>=6В
/> Ом;
/>=15В
/> Ом;
/>=60В
/> Ом;
/>=150В
/> Ом;
/>=300В
/> Ом;
Вхідний опір кола вольтметра прицьому буде дорівнювати для відповідних меж
/>=3В/> кОм;
/>=6В/> кОм;
/>=15В/> кОм;
/>=60В/> кОм;
/>=150В/> кОм;
/>=300В/> МОм;
Розрахуємовольтметр за схемою рис. 11, б на шість меж виміру: 3; 6; 15; 60; 150 та300В. В якості вимірника використовується мікроамперметр, у якого />=300мкА; />=500 Ом.
Для />=3В
/> Ом;
для />=6В
/> кОм;
/> кОм;
для />=15В
/> кОм;
/> кОм;
для />=60В
/> кОм;
/> кОм;
для />=150В
/> кОм;
/> кОм;
для />=250В
/> МОм;
/> кОм;
2.8 Розрахунок опорів набору шунтів при вимірюваннізмінного струму
При використанніелектровимірювальних приладів магнітоелектричної системи для вимірів у колахзмінного струму необхідно вимірювану величину попередньо перетворити у величинувипрямлену. Випрямні прилади складаються з випрямної схеми нанапівпровідникових діодах і вимірника магнітоелектричної системи. Вимірюваназмінна напруга (чи струм) перетворюється в пульсуючу, середньовипрямленезначення якої (постійна складова) виміряється вимірником.
У випрямнихприладах резистори /> та /> включені в коло змінногоструму і тому їхній розрахунок відрізняється від розрахунку аналогічнихелементів приладів для постійного струму. Для приладів із двохнапівперіодноюсхемою випрямлення орієнтовне значення цих елементів визначається в такийспосіб:
/>
/>
де />верхня межа вимірувольтметра (середньоквадратичне значення); />номінальнийструм вимірника (струм граничного відхилення покажчика приладу); />опір діода в прямомунапрямку; /> внутрішній опір вимірникамагнітоелектричної системи; />коефіцієнтрозширення межі виміру; />межавиміру струму (середньоквадратичне значення), що розраховується.
для />=3мА />
для />=30 мА />
для/>=3 мА /> Ом
для/>=30 мА /> Ом
2.9 Розрахунок опорів набору додаткових резисторівпри вимірюванні змінної напруги
для />=30В
/>Ом;
для />=120В
/>Ом;
ВИСНОВКИ
У ході виконаннякурсової роботи розрахували :
Вхіднийопір приладу на різних межах виміру постійної напруги;
Відноснупохибку вимірювального пристрою, обумовлену вхідним опором;
Опоринабору шунтів при вимірюванні постійного струму;
Опоринабору додаткових резисторів при вимірюванні постійної напруги;
Опоринабору шунтів при вимірюванні змінного струму;
Опоринабору додаткових резисторів при вимірюванні змінної напруги;
Враховуючивольтамперну характеристику діода Д9Д котра береться при />, побудували графікзалежності />.
ЛІТЕРАТУРА
1. ОрнатскийП.П. Теоретические основы информационно–измерительной техники — Киев: Вищашкола, 1977. – 456с.
2. Электрическиеизмерения. Средства и методы измерений (общий курс). /Под ред. Е.Г. Шрамкова. — М.: Высшая школа, 1977. – 519с.
3. ВострокнутовН.Г. Электрические измерения. — М.: Высшая школа, 1972. – 271с.
4. ЗайчикИ.Ю. Практикум по электрорадиоизмерениям. — М: Высшая школа. – 1979. – 272c.
5. ЛавриненкоВ.Ю. Справочник по полупроводниковым приборам. — Киев: Техника. – 1980. — 345c.