Измерение мощности электрической цепи

Цель работы: изучить устройство и схему включения ваттметра, произвести измерения значений мощности электрической цепи.

Теоретические сведения

Измерение мощности осуществляется в процессе эксплуатации различной измерительной, электротехнической, радиоприемной и передающей аппаратуры.

Методы измерения существенно отличаются друг от друга в зависимости от параметров цепи, в которой производится измерение мощности, предела измерения мощности и частотного диапазона.

В цепях постоянного тока мощность потребления P нагрузки R определяется произведением тока I в нагрузке на падение напряжения на ней:

В цепях переменного тока мгновенное значение мощности потребления:

Мощность измеряется в абсолютных единицах – Ваттах и кратных и дольных значениях Ватта.

Для измерения мощности используют прямые и косвенные виды. Прямые виды измерения осуществляются с помощью электродинамических, ферродинамических и электронных ваттметров, косвенные виды сводятся к определению мощности посредством амперметра и вольтметра или осциллографа.

Порядок выполнения работы

1. Начертить принципиальную схему включения ваттметра в цепь однофазного тока. На этой же схеме изобразить подключение амперметра и вольтметра.

2. Изучить лицевую панель ваттметра и шкалу прибора.- Паспортные данные ваттметра занести в табл. 7.1.

Таблица 7.1

1.	Наименование прибора. Диапазон измерения
2.	Система измерительного механизма
3.	Знак системы
4.	Класс точности
5.	Род тока
6.	Обозначение рода тока
7.	Положение шкалы
8.	Обозначение положения шкалы
9.	Величина испытательного напряжения, кВ
10.	Обозначение прочности изоляции

3. Собрать схему измерения мощности электрической цепи способом амперметра и вольтметра и методом непосредственной оценки ваттметром.

4. Произвести измерения при различных значениях нагрузки, результаты занести в табл. 7.2.

Таблица 7.2

Сопротивление нагрузки, Ом	Ток нагрузки, А	Напряжение на нагрузке, В	Вычисленная мощность, Вт P=U·I	Показания ваттметра, Вт
1,0 Rном
0,8 Rном
0,6 Rном
0,4 Rном
0,2 Rном

5. Произвести расчет наибольшей допускаемой абсолютной погрешности ваттметра.

Контрольные вопросы

1. Какие существуют методы измерения мощности?

2.Способы расширения пределов измерения мощности.

Литература: [1], [2], [3], [9]

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 8.1

ИССЛЕДОВАНИЕ ФОРМ СИГНАЛОВ И ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОРАДИОТЕХНИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ.

ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ МОСТОМ

ПОСТОЯННОГО ТОКА

Цель работы: на основании знания устройства измерительного моста постоянного тока и последовательного выполнения подготовительных операций научиться производить измерения значений сопротивления с уче­том допустимых погрешностей.

Теоретические сведения

Основными параметрами элементов и цепей с сосредоточенными постоянными являются сопротивления резисторов, емкость конденсаторов, тангенс угла диэлектрических потерь конденсаторов, индуктивность и добротность катушки, взаимоиндуктивность двух катушек, сопротивление колебательного контура.

Измерение параметров элементов и цепей может быть прямое и косвенное. Прямые измерения выполняются методами непосредственной оценки и сравнения (мостовыми). Косвенные измерения проводятся с помощью амперметра и вольтметра.

При косвенном измерении погрешность измерения составляет 5-10% при использовании приборов класса точности – 0,5-1,5. Сопротивление может быть измерено по показаниям одного прибора: амперметра, измеряющего ток в цепи при U=const или вольтметра, измеряющего падение напряжения на сопротивлении при I=const.

Измерение сопротивления R амперметром реализуется в электромеханическом омметре, а вольтметром в электронном омметре.

Измерение R, L, C в лабораторной и инженерной практике осуществляют с помощью различных мостов.

Выбор метода и прибора для измерения параметров элементов и цепей с сосредоточенными постоянными определяются характером и значением измеряемого параметра, требуемой точностью, диапазоном рабочих частот и приложенного напряжения, температурой и т.п.

Для непосредственного измерения сопротивления резисторов применяют омметр-прибор, состоящий из магнитоэлектрического миллиамперметра, последовательно с обмоткой которого r_a включается добавочный резистор r_д и источник питания с ЭДС E и внутренним сопротивлением r_o. (Рис. 8.1.1)

Рисунок 8.1.1. Схема электромеханического омметра.

При постоянстве ЭДС Е показание прибора зависит только от r_x, т.е. каждому значению измеряемого сопротивления соответствует определенное значение тока I_x в цепи:

Это позволяет отградуировать шкалу прибора непосредственно в Омах.

Основной недостаток омметров – зависимость показаний омметра от значения напряжения (ЭДС), поэтому перед измерением проверяется правильность градуировки шкалы в Омах и выполняется соответствующая подгонка регулируемым добавочным сопротивлением.

Для более точного измерения сопротивлений применяют мостовые схемы (рис. 8.1.2).

Измерительные мосты – приборы, служащие для сравнения двух сопротивлений.

Рисунок 8.1.2. Мостовая схема.

В основе работы измерительных мостов заложен дифференциальный или нулевой метод. Измерительные мосты различают по роду тока источника питания и схемному исполнению.

В три плеча моста постоянного тока включены известные сопротивления R₁, R₂, R₃, в четвертое плечо – измеряемое сопротивление Rx. К точкам А и В подсоединен источник питания, между точками С и D включен магнитоэлектрический гальванометр Г. изменяя сопротивление R₁, R₂, R₃ можно добиться равновесие моста, т.е. такого состояния измерительной схемы, при котором ток в цепи гальванометра отсутствует. В этом случае напряжение между точками С и D равно нулю, токи в сопротивлениях R₁ и R₂ одинаковы, токи в сопротивлениях R₃ и R_х также равны между собой. Учитывая это можно записать:

I₁R₁ = I₃R₃, I₂R₂ = I_xR_x, I₁ = I₂ и I₃ = I_x,

или I₁R₁ = I₃R₃, I₁R₂ = I₃R_x

Разделив почленно полученные уравнения, находим

,

Отсюда

Из этого уравнения следует, что уравновешивание моста постоянного тока может быть выполнено регулированием отношения сопротивлений R₂/R₁ при некотором неизменном значении сопротивления R₃ или регулированием сопротивления R₃ при неизменном отношении сопротивлений R₂/R₁.

Равновесие моста обычно устанавливается регулировкой сопротивления R₃, представляющего собой многозначную меру электрического сопротивления.

Отклонение R₂/R₁ является масштабным множителем, значение которого выбирается из ряда 10ⁿ, где n – целое число или «0».

Порядок выполнения работы

1. Начертить обобщенную схему измерительного моста.

2. Записать условие равновесия моста.

3. Изучить лицевую панель моста постоянного тока измерительного Р 333.

4. Начертить измерительную часть схемы моста Р 333.

5. Описать последовательность операций, выполняемых при измерении сопротивления мостом Р 333.

6. Измерить сопротивление резистора.

7. Вычислить пределы допускаемой абсолютной погрешности, пользуясь приложением 4.

8. Результаты измерений и вычислений занести в табл. 8.1.1.

Таблица 8.1.1

Rном	Предел измерения, Ом	Множитель, п	R, Ом	Rx, Ом	Предел допускаемой абсолютной погрешности, Ом

Контрольные вопросы

1. Какие средства измерений используются в измерительных мостах постоянного тока?

2. Каковы условия равновесия моста постоянного тока?

3. Как определить основную допускаемую абсолютную погрешность по классу точности прибора?

Литература: [1], [2], [3], [9]

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 8.2