Лабораторная работа № 3.2.
Измерение мощности постоянного электрического тока
Цель работы: изучение метода измерения мощности постоянного тока при помощи амперметра и вольтметра и методики оценки погрешности косвенных измерений.
Задание для домашней подготовки
Используя рекомендованную литературу и настоящее описание, ознакомьтесь со следующими вопросами:
- методы измерения мощности электрического тока;
- устройство, принцип действия и основные характеристики электродинамических и ферродинамических ваттметров.
- устройство, принцип действия и основные характеристики цифровых ваттметров;
- метод косвенных измерений мощности при помощи амперметра и вольтметра;
- устройство и характеристики средств измерений, используемых при выполнении работы;
- причины возникновения и методы расчета погрешностей при измерении мощности электрического тока.
Пояснения к работе
Измерение мощности в цепях постоянного и переменного тока производится электродинамическими и ферродинамическими ваттметрами, а также цифровыми ваттметрами, в которых реализована функция перемножения векторов тока и напряжения. В лабораторных условиях чаще других используются переносные многопредельные электродинамические ваттметры с классом точности 0,1…0,5.
При отсутствии ваттметра мощность в нагрузке измеряют косвенным методом амперметра и вольтметра как произведение измеренных значений силы тока и напряжения на нагрузке. В данном методе возможны две схемы включения приборов (рис.4.1). В обоих случаях имеет место методическая погрешность измерения, обусловленная влиянием внутренних сопротивлений вольтметра и амперметра. В схеме на рис. 4.1а показания вольтметра определяются не напряжением на нагрузке, а суммой напряжений на нагрузке и амперметре, в схеме на рис. 4.1б амперметр измеряет не ток нагрузки, а сумму токов нагрузки и вольтметра. Следовательно, в обоих случаях вычисленная мощность будет отличаться от действительного значения Р д.
Первую схему лучше использовать в тех случаях, когда используется электромеханический вольтметр с невысоким внутренним сопротивлением RV и высокое (соизмеримое с RV) сопротивление нагрузки R н. Данная схема позволяет снизить влияние шунтирования Rн сопротивлением RV. Разумеется, при этом обязательно должно выполняться условие R н ≫ R А, где R А – внутреннее сопротивление амперметра.
Вторая схема предпочтительнее при RV ≫ R н (электронный вольтметр), поскольку позволяет измерить напряжение непосредственно на нагрузке и тем самым исключить влияние падения напряжения на амперметре.
В любом случае при выборе приборов для снижения методической погрешности необходимо стараться выполнить условия: R А → 0, RV → ∞.
а б
 |
Рис. 4.1. Схемы включения амперметра и вольтметра
при измерении мощности
Получим формулы для оценки методических погрешностей измерения тока и напряжения. Предположим, что на выходе УИП поддерживается постоянное напряжение U, при этом внутреннее сопротивление УИП равно нулю. Тогда действительные значения напряжения на нагрузке и тока (при отсутствии в схеме вольтметра и амперметра)
U нд = U; I нд = U / R н. (1)
Напряжение и ток в нагрузке в схеме 1:
(2)
Напряжение и ток в нагрузке в схеме 2:
(3)
Относительные методические погрешности измерения напряжения и тока в нагрузке, %
(4)
где i = 1, 2 – номер схемы.
Относительные инструментальные погрешности измерения напряжения и тока, %
(5)
где К – класс точности; U к, I к – значение верхнего предела диапазона измерений прибора; Ux, Ix – значения измеряемого напряжения и тока.
Результирующие погрешности измерения напряжения и тока, %
(6)
Мощность электрического тока
P = I н U н, (7)
Относительная погрешность косвенных измерений мощности
(8)
