Wybrane metody pomiaru impedancji i mocy.

advertisement
BIAŁOSTOCKA
POLITECHNIKA
WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY
KATEDRA TELEKOMUNIKACJI I APARATURY ELEKTRONICZNEJ
Instrukcja do zajęć laboratoryjnych
Temat ćwiczenia: Wybrane metody pomiaru impedancji i mocy.
Numer ćwiczenia: 20
Laboratorium z przedmiotu:
MIERNICTWO ELEKTRYCZNE I ELEKTRONICZNE
KOD:

2004
1. Pomiary mocy prądu stałego i przemiennego jednofazowego.
Moc czynna P prądu stałego jest iloczynem napięcia U i prądu I, czyli
P = U·I
Jeżeli napięcie i prąd są przebiegami sinusoidalnymi, czyli u(t) = Um·sinω·t,
i (t) = Im·sin(ω·t+φ), to moc czynna
P = U·I·cosφ
gdzie: Um, U, Im, I są odpowiednio amplitudami i wartościami skutecznymi napięcia i
prądu; φ jest kątem przesunięcia fazowego prądu względem napięcia.
Moc pobraną przez odbiornik zasilany napięciem stałym lub przemiennym
można zmierzyć watomierzem, załączonym jak w układach przedstawionych na
rysunku 1.
RP
W
W
Rn
U
RP
Rn
R0
U
R0
Rys.1. Pomiar mocy prądu stałego lub przemiennego za pomocą watomierza: a) układ
poprawnie mierzonego napięcia; b) układ poprawnie mierzonego prądu
Układ jak na rys.1a należy stosować gdy spełniony jest warunek: Ro  Rn  R p ,
czyli poprawnie mierzonego napięcia, a gdy Ro  Rn  R p , wówczas należy stosować
układ jak na rys.1b, czyli układ poprawnie mierzonego prądu, przy czym Rn, Rp
oznaczają odpowiednio rezystancję obwodu napięciowego i cewki prądowej
watomierza.
Względna niepewność graniczna δp wyniku pomiaru mocy wynosi
N

 p   kl
gdzie: kl oznacza wskaźnik klasy dokładności zastosowanego przyrządu, α jest
wskazanym wynikiem pomiaru, αN oznacza znamionowy zakres pomiarowy
przyrządu.
Zadanie:
Zmierzyć moc wydzielaną na oporniku, przy napięciu stałym i przemiennym.
Układ pomiarowy należy połączyć zgodnie z oznaczeniami umieszczonymi na
zaciskach watomierza. Początek cewki prądowej watomierza (ciemne kółko na
schemacie; gwiazdka lub strzałka na watomierzu) włącza się od strony zasilania.
Początek cewki napięciowej łączy się zgodnie ze schematem przedstawionym na rys.1.
2. Pomiary impedancji metodą techniczną – trzech woltomierzy.
Zasadę metody 3V ilustrują układ pomiarowy i wykres wskazowy
przedstawione na rys.2 i rys.3. Stosowanie jej jest celowe tylko wtedy, gdy rezystancje
woltomierzy są dostatecznie duże – wpływ woltomierzy na stan obwodu powinien być
pomijalnie mały.
I
~
V
Rw
V
U1
Zx
V
U2
U3
Rys.2. Schemat ideowy układu do pomiaru Rx, Xx i Zx metodą trzech woltomierzy
U3=I·Zx
I·Xx
U1
φx
U2=I·Rw
I
I·Rx
Rys.3. Wykres wskazowy układu realizującego metodę 3V
Poniżej przedstawione są równania opisujące wielkości zaznaczone na wykresie
wskazowym
cos 
Zx 
U12  U 22  U 32
2 U 2 U 3
U3 U3

 Rw
I
U2
Rx  Z x  cos
X x  Z x2  Rx2
Zadanie:
Wyznaczyć metodą trzech woltomierzy impedancję nieznanych obiektów.
3. Pomiary rezystancji metodą mostka Wheatstone’a
Mostki prądu stałego są stosowane do pomiarów rezystancji lub małych zmian
rezystancji.
Układ
pomiarowy
zrównoważonego
mostka
Wheatstone’a
(mostek
czteroramienny) przedstawiono na rys.4. Gdy napięcie na detektorze D jest równe zeru
(UD = 0), to mierzoną rezystancję Rx oblicza się ze wzoru
Rx 
R2
 R3
R4
gdzie R2, R3, R4 są rezystorami wzorcowymi lub precyzyjnymi o znanych wartościach.
R2
Rx
ID
UD
D
R3
R4
E
Rys.4. Czteroramienny mostek Wheatstone’a
Mostkiem Wheatstone’a mierzy się rezystancję o wartości 1 ÷ 106 Ω. Zaleca się
stosowanie rezystancji R2 (z szeregu 1, 10, ... ,10000 Ω) o wartości tego samego rzędu
co rezystancja mierzona Rx. Nastawny rezystor R3 jest zwykle rezystorem
wielodekadowym.
Względna niepewność graniczna δRx zmierzonej rezystancji Rx oblicza się ze
wzoru

 Rx    R 2   R 3   R 4   p

gdzie: δR2, δR3, δR4 są względnymi niepewnościami wykonania rezystorów R2, R3, R4;
δp jest względną niepewnością, spowodowaną ograniczoną czułością detektora D.
Zadanie:
Zmierzyć rezystancje kilku oporników metodą mostka Wheatstone’a.
Download
Random flashcards
Create flashcards