Разработка методики поверки ампервольтметра Н339
|
МИНОБРНАУКИ РОССИИ ФГБОУ ВПО «Пензенская
государственная Химико-технологический техникум – структурное подразделение федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Пензенская государственная технологическая академия» |
КУРСОВАЯ РАБОТА
Разработка методики поверки ампервольтметра Н339
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
КР 200504.51 ПЗ
Выполнил: студент группы __________С-91_______________
Ф.И.О.студента Архипова Ю.
Преподаватель: ____Кострикина И.А._____________________
Работа защищена с оценкой: ____________________________
Дата ______________________________
Пенза, 2012 г.
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Химико-технологический
Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения
высшего профессионального образования
«Пензенская государственная технологическая академия»
(ПГТА)
«Утверждаю»
Заместитель директора по учебной работе
__________ Нефедова С.В.
ЗАДАНИЕ
на курсовую работу по дисциплине
«Технические измерения и их метрологическое обеспечение»
Студенту: ___Архиповой_Ю._____________
Специальность: 200504.51 Стандартизация и сертификация продукции
Отделение: дневное Группа: С-91
Тема работы Разработка методики поверки ампервольтметра Н339
Техническое задание
Задание 1
1.1 Привести определение
1.2 Привести основные
Задание 2
2.1 Провести анализ методов
2.2 Привести описание принципа работы заданного прибора (для аналоговых СИ) и структурной схемы (для цифровых СИ).
Задание 3
3.1 Привести схему передачи
3.2 Составить локальную поверочную схему для заданного прибора.
3.3 Выбрать метод и средства измерений (эталоны) для поверки заданного прибора.
Задание 4
4.1 Составить проект методики
поверки заданного прибора
Заключение
Список использованной литературы
Содержание пояснительной записки
Введение
1 Определение измеряемой величины, наименование единицы измеряемой величины в системе СИ.
2 Основные метрологические и технические характеристики прибора
3 Анализ методов измерений заданной величины
4 Описание принципа работы прибора.
5 Схема передачи размера единицы заданной величины
6 Разработка локальной
7 Выбор метода и средств измерений (эталонов) для поверки заданного прибора
8 Разработка проекта методики поверки заданного прибора
Заключение
Список использованной литературы
Рекомендуемая литература
1 ГОСТ 2.105 ЕСКД. Общие требования к текстовым документам.
2 РМГ51-2002 ГСИ. Документы на методики поверки средств измерений. Основные положения.
3 Схиртладзе А.Г. , Радкевич .Метрология, стандартизация и технические измерения. – Старый Оскол.: ТНТ, 2010.
4 Покровский Б.С.,Евстигнеев Н.А.. Технические измерения в машиностроении. –М.: Академия, 2010.
5 Шишмарев В.Ю.Технические измерения и приборы. –М.: Академия, 2010.
6 Котур В.И. и др. Электрические измерения и электроизмерительные приборы. -М.: Энергоатомиздат, 1986.
7 Любимов Л.И., Форсилова И.Д., Шапиро Е.З. Поверка средств электрических измерений. -М.: Энергоатомиздат 1987.
8 Фарзане Н.Г. и др. Технологические измерения и приборы. - М.: Высшая школа, 1989.
9 Электрические измерения (с лабораторными работами). /Под ред. В.Я. Малиновского. -М.: Энергоатомиздат, 1982.
10 Электрические измерения электрических и неэлектрических величин /Под ред. Е.С. Полищука. Киев: Вища школа. Головное издательство, 1988.
11 Электрические измерения. Под ред. Фремке А.В. и Душина Е.М. -Л.: Энергия, 1980.
12 Ф. Мейзда Электронные измерительные приборы и методы измерений. -М.: Мир, 1990.
13 В.П. Преображенский. Теплотехнические измерения и приборы. -М.: Энергия, 1978.
Дата окончания выполнения работы «___» ___________20___г.
Рассмотрено на заседании цикловой комиссии общепрофессиональных дисциплин
Протокол № ___ от « ___» ___________ 20___ г.
Преподаватель Кострикина И.А.__________________________
Председатель ЦК ОПД Кочанова
Е.В. ______________________________
Заведующий отделением Утушкина
И. В..___________________________
Задание получил ______________________________
«____» ____________20__г.
Введение
1 Определение измеряемой величины, наименование
единицы измеряемой величины в системе
СИ.
2 Основные метрологические и технические
характеристики прибора
3 Анализ методов измерений
4 Описание принципа работы
5 Схема передачи размера
6 Разработка локальной
7 Выбор метода и средств
заданного прибора
8 Разработка проекта методики поверки заданного прибора 27
Заключение
Список использованной
литературы
Введение
Ампервольтметр самопишущий переносный Н339 выпрямительной системы многопредельный предназначен для измерения и непрерывной записи тока и напряжения в цепях постоянного тока и переменного тока частоты от 45 до 10000 Гц при температуре окружающего воздуха от 10 до 35 °С и относительной влажности окружающего воздуха до 80 %. Приборы, представляемые в страны с тропическим климатом, предназначены для работы при температуре окружающего воздуха от 10 до 45°С и относительной влажности до 95 % .Форма представления информации непрерывная запись на диаграммную ленту в прямоугольных координатах чернилами или шариковым стержнем.
Шкала запись осуществляется
в прямоугольной системе
Скорость перемещения диаграммной ленты 20; 60; 180; 600; 1800; 5000мм/ч; имеется отметчик времени .Привод диаграммной ленты линейным двигателем .Класс точности, погрешность 1,0 Прибор Н339 комплектуется сменным блоком, в состав которого входит усилитель постоянного тока. Питание: 220В, 50 Гц
Потребляемая мощность: 10 В · А
Габариты: 230х180х320 мм
сменного блока 152х63х275 мм
Масса: прибора 8,5 кг
сменного блока 1,5 кг
1 Определение измеряемой величины, наименование единицы измеряемой величины в системе СИ
Электри́ческий ток— упорядоченное нескомпенсированное движение свободных электрически заряженных частиц, например, под воздействием электрического тока. Такими частицами могут являться в проводниках— электроны, в электролитах— ионы (катионы и анионы), в газах - ионы и электроны, в вакууме при определенных условиях - электроны, в полупроводниках— электроны и дырки (электронно-дырочная проводимость).Электрический ток широко используется в энергетике для передачи энергии на расстоянии. В медицине электрический ток используют в реанимации, электростимуляции определённых областей головного мозга. Электрические разряды применяются для лечения таких заболеваний, как болезнь Паркинсона и эпилепсия, также для электрофореза.
Исторически принято, что направление тока совпадает с направлением движения положительных зарядов в проводнике. При этом, если единственными носителями тока являются отрицательно заряженные частицы (например, электроны в металле), то направление тока противоположно направлению движения электронов.
Скорость направленного движения частиц в проводниках зависит от материала проводника, массы и заряда частиц, окружающей температуры, приложенной разности потенциалов и составляет величину, намного меньшую скорости света. За 1 с электроны в проводнике перемещаются за счет упорядоченного движения меньше чем на 0,1 мм.[1] Несмотря на это, скорость распространения собственно электрического тока равна скорости света, то есть скорости распространения фронта электромагнитной волны.
Различают переменный и постоянный токи.
Постоянный ток — ток, направление и величина которого слабо меняется во времени.
Переменный ток — это ток, направление и величина которого меняется во времени.
Среди переменных токов
основным является ток, величина которого
изменяется по синусоидальному закону.
В этом случае потенциал каждого конца
проводника изменяется по отношению к
потенциалу другого конца проводника
попеременно с положительного на отрицательный
и наоборот, проходя при этом через все
промежуточные потенциалы. В результате
возникает ток, непрерывно изменяющий
направление: при движении в одном направлении
он возрастает, достигая максимума, именуемого
амплитудным значением, затем спадает,
на какой-то момент становится равным
нулю, потом вновь возрастает, но уже в
другом направлении и также достигает
максимального значения, спадает, чтобы
затем вновь пройти через ноль, после чего
цикл всех изменений возобновляется.
Время, за которое происходит один такой
цикл (время, включающее изменение тока
в обе стороны), называется периодом переменного
тока. Количество периодов, совершаемое
током за единицу времени, носит название
частота.
Переменный ток высокой
Сила и плотность тока
Силой тока называется физическая величина, равная отношению количества заряда, прошедшего за некоторое время через поперечное сечение проводника, к величине этого промежутка времени.
Сила тока в системе СИ измеряется в Амперах.
По закону Ома сила тока для участка цепи прямо пропорциональна приложенному напряжению к участку цепи и обратно пропорциональна сопротивлению проводника этого участка цепи:
Плотностью тока называется вектор, модуль которого равен отношению силы тока, протекающего через некоторую площадку, перпендикулярную направлению тока, к величине этой площадки, а направление вектора совпадает с направлением движения положительного заряда в токе.
Согласно закону Ома плотность тока в среде пропорциональна напряжённости электрического поля и проводимости среды :
Плотность тока в системе СИ измеряется в амперах на квадратный метр.
Мощность
При наличии тока в проводнике совершается работа против сил сопротивления. Эта работа выделяется в виде тепла. Мощностью тепловых потерь называется величина, равная количеству выделившегося тепла в единицу времени. Согласно закону Джоуля — Ленца мощность тепловых потерь в проводнике пропорциональна силе протекающего тока и приложенному напряжению:
Мощность измеряется в ваттах
В сплошной среде объёмная мощность потерь определяется скалярным произведением вектора плотности тока и вектора напряжённости электрического поля в данной точке:
Объёмная мощность измеряется в ваттах на кубический метр.
Ток смещения
Иногда для удобства вводят понятие тока смещения. По определению, плотность тока смещение — это векторная величина, равная быстроте изменения электрического поля во времени:
Дело в том, что при изменении электрического поля, также как и при протекании тока, происходит генерация магнитного поля, что делает эти два процесса похожими друг на друга. Кроме того, изменение электрического поля обычно сопровождается переносом энергии. Например, при зарядке и разрядке конденсатора то, что между его обкладками не происходит движения заряженных частиц, говорят о протекании через него тока смещения, переносящего некоторую энергию и своеобразным образом замыкающего электрическую цепь. Ток смещения в конденсаторе определяется по формуле:
,
где — заряд на обкладках конденсатора, — разность потенциалов между обкладками, — ёмкость конденсатора.
2 Основные метрологические и технические характеристики прибора
Таблица 1 – Основные метрологические и технические характеристики Ампервольтметра Н339
Тип средства измерений |
Диапазон (поддиапазоны) измерений |
Класс точности, погрешность |
Технические характеристики |
Ампервольтметр самопищущий переносный Н399 |
Прибор имеет следующие
конечные значения диапазонов измерений: |
Предел допускаемого
значения основной погрешности по измерению
и записи измеряемой величины (в
процентах от конечного значения диапазона измерений): |
Время установления показаний подвижной
части прибора не превышает 2 c |
Продолжение таблицы 1
Тип средства измерений |
Диапазон (поддиапазоны) измерений |
Класс точности, погрешность |
Технические характеристики |
резервуар чернильницы, обеспечивает непрерывную запись показаний на диаграммной ленте в течение не менее 30 суток Ширина рабочей части диаграммной ленты 100 мм. Длина диаграммной ленты не менее 15 м |
3 Анализ методов измерений заданной величины
3.1 Измерительные шунты
Шунт является простейшим измерительным преобразователем тока в напряжение. Измерительный шунт представляет собой четырехзажимный резистор. Два входных зажима шунта, к которым подводится ток I, называются токовыми, а два выходных зажима, с которых снимается напряжение U, называются потенциальными.
К потенциальным зажимам шунта обычно присоединяют измерительный механизм измерительного прибора.
Измерительный шунт характеризуется номинальным значением входного тока Iном и номинальным значением выходного напряжения Uном. Их отношение определяет номинальное сопротивление шунта:
Rш= Uном / Iном
Шунты применяются для расширения пределов измерения измерительных механизмов по току, при этом большую часть измеряемого тока пропускают через шунт, а меньшую — через измерительный механизм. Шунты имеют небольшое сопротивление и применяются, главным образом, в цепях постоянного тока с магнитоэлектрическими измерительными механизмами.
Рисунок 1- Схема соединения измерительного механизма с шунтом
На рисунке 1 приведена схема включения магнитоэлектрического механизма измерительного прибора с шунтом Rш. Ток Iи протекающий через измерительный механизм, связан с измеряемым током I зависимостью
Iи = I (Rш / Rш + Rи),
где Rи — сопротивление измерительного механизма.
Если необходимо, чтобы ток Iи был в n раз меньше тока I, то сопротивление шунта должно быть:
Rш = Rи / (n - 1),
где n = I / Iи — коэффициент шунтирования.
Шунты изготовляют из манганина. Если шунт рассчитан на небольшой ток (до 30 А), то его обычно встраивают в корпус прибора (внутренние шунты). Для измерения больших токов используют приборы с наружными шунтами В этом случае мощность, рассеиваемая в шунте, не нагревает прибор.
На рис. 2 показан наружный шунт на 2000 А Он имеет массивные наконечники из меди, которые служат для отвода тепла от манганиновых пластин, впаянных между ними. Зажимы шунта А и Б — токовые.
Рисунок 2 - Наружный шунт
Измерительный механизм присоединяют к потенциальным зажимам В и Г, между которыми и заключено сопротивление шунта. При таком включении измерительного механизма устраняются погрешности от контактных сопротивлений.
Наружные шунты обычно выполняются калиброванными, т е. рассчитываются на определенные токи и падения напряжения. Калиброванные шунты должны иметь номинальное падение напряжения 10, 15, 30, 50, 60, 75, 100, 150 и 300 мВ.
Для переносных магнитоэлектрических приборов на токи до 30 А внутренние шунты изготовляют на несколько пределов измерения.
На рис. 3, а, б показаны схемы многопредельных шунтов. Многопредельный шунт состоит из нескольких резисторов, которые можно переключать в зависимости от предела измерения рычажным переключателем (рис. 3, а) или путем переноса провода с одного зажима на другой (рис. 3, б).
При работе шунтов с измерительными приборами на переменном токе возникает дополнительная погрешность от изменения частоты, так как сопротивления шунта и измерительного механизма поразному зависят от частоты.
Рисунок 3 - Схемы многопредельных измерительных шунтов: a — шунта с рычажным переключателем, б — шунта с отдельными выводами
Шунты разделяются на классы точности 0,02; 0,05; 0,1; 0,2 и 0,5. Число, определяющее класс точности, обозначает допустимое отклонение сопротивления шунта в процентах его номинального значения.
3.2 Трансформатор тока
Трансформатор тока — трансформатор, первичная обмотка которого подключена к источнику тока.
Измерительный трансформатор тока — трансформатор, предназначенный для преобразования тока до значения, удобного для измерения. Первичная обмотка трансформатора тока включается последовательно в цепь с измеряемым переменным током, а во вторичную включаются измерительные приборы. Ток, протекающий по вторичной обмотке трансформатора тока, пропорционален току, протекающему в его первичной обмотке.
Трансформаторы тока широко используются для измерения электрического тока и в устройствах релейной защиты электроэнергетических систем, в связи с чем на них накладываются высокие требования по точности. Трансформаторы тока обеспечивают безопасность измерений, изолируя измерительные цепи от первичной цепи с высоким напряжением, часто составляющим сотни киловольт.
К трансформаторам тока предъявляются высокие требования по точности. Как правило, трансформатор тока выполняют с двумя и более группами вторичных обмоток: одна используется для подключения устройств защиты, другая, более точная — для подключения средств учёта и измерения (например, электрических счётчиков).
Особенности конструкции
Вторичные обмотки трансформатора тока (не менее одной на каждый магнитопровод) обязательно нагружаются. Сопротивление нагрузки строго регламентировано требованиями к точности коэффициента трансформации. Незначительное отклонение сопротивления вторичной цепи от номинала (указанного на табличке) по модулю полного Z или cos ф (обычно cos = 0.8 индукт.) приводит к изменению погрешности преобразования и возможно ухудшению измерительных качеств трансформатора. Значительное увеличение сопротивления нагрузки создает высокое напряжение во вторичной обмотке, достаточное для пробоя изоляции трансформатора, что приводит к выходу трансформатора из строя, а также создает угрозу жизни обслуживающего персонала. Кроме того, из-за возрастающих потерь в сердечнике магнитопровод трансформатора начинает перегреваться, что так же может привести к повреждению (или, как минимум, к износу) изоляции и дальнейшему её пробою.
Коэффициент трансформации измерительных трансформаторов тока является их основной характеристикой. Номинальный (идеальный) коэффициент указывается на шильдике трансформатора в виде отношения номинального тока первичной (первичных) обмоток к номинальному току вторичной (вторичных) обмоток, например, 100/5 А или 10-15-50-100/5 А (для первичных обмоток с несколькими секциями витков). При этом реальный коэффициент трансформации несколько отличается от номинального. Это отличие характеризуется величиной погрешности преобразования, состоящей из двух составляющих - синфазной и квадратурной. Первая характеризует отклонение по величине, вторая отклонение по фазе вторичного тока реального от номинального. Эти величины регламентированы ГОСТами и служат основой для присвоения трансформаторам тока классов точности при проектировании и изготовлении. Поскольку в магнитных системах имеют место потери связанные с намагничиванием и нагревом магнитопровода, вторичный ток оказывается меньше номинального (т.е. погрешность отрицательная) у всех трансформаторов тока. В связи с этим для улучшения характеристик и внесения положительного смещения в погрешность преобразования применяют витковую коррекцию. А это означает, что коэффициент трансформации у таких откорректированных трансформаторов не соответствует привычной формуле соотношений витков первичной и вторичной обмоток.
Классификация трансформаторов тока
Трансформаторы тока классифицируются по различным признакам:
1. По назначению трансформаторы
тока можно разделить на
2. По роду установки различают трансформаторы тока: а) для наружной установки (в открытых распределительных устройствах); б) для закрытой установки; в) встроенные в электрические аппараты и машины: выключатели, трансформаторы, генераторы и т. д.; г) накладные - надевающиеся сверху на проходной изолятор (например, на высоковольтный ввод силового трансформатора); д) переносные (для контрольных измерений и лабораторных испытаний).
3. По конструкции первичной обмотки трансформаторы тока делятся на:
а) многовитковые (катушечные, с петлевой обмоткой и с восьмерочной обмоткой);
б) одновитковые (стержневые); в) шинные.
4. По способу установки
трансформаторы тока для
а) проходные;
б) опорные.
5. По выполнению изоляции
трансформаторы тока можно
6. По числу ступеней
трансформации имеются
а) одноступенчатые;
б) двухступенчатые (каскадные).
7. По рабочему напряжению различают трансформаторы:
а) на номинальное напряжение свыше 1000 В;
б) на номинальное напряжение до 1000 В.
3.3 Усилители тока
Усилители тока предназначены для преобразования малых токов в напряжение. Простейший способ преобразовать ток в напряжение - пропустить этот ток через резистор с известным сопротивлением. Однако при этом для увеличения чувствительности при измерении малых токов приходится существенно увеличивать сопротивление резистора, что:
а) приводит к нежелательному воздействию измерительной цепи на измеряемую;
б) требует повышения входного сопротивления последующих каскадов;
в) увеличивает инерционность цепи, вызываемую действием паразитных емкостей, в частности соединительной линии.
Усилители тока на ОУ позволяют в значительной мере избавиться от перечисленных недостатков.
Рисунок 4 – Схемы преобразователей тока в напряжение
4 Описание принципа работы прибора.
4.1 Прибор состоит из двух основных блоков: регистрационного и коммутационного. Кроме этого, прибор имеет еще и сменный блок с усилителем постоянного тока.
4.2 Регистрационный блок состоит: из измерительного механизма, механизма для перемещения диаграммной ленты, узла записи, отметчика времени.
4.2.1 В приборе используется измерительный механизм магнитоэлектрической системы с внутриматочным магнитом.
