Электрлік өлшеудің әдістері мен құралдары

Электрлік өлшеудің әдістері мен құралдары
Мақсаты: Электірлік өлшеудің әдістері мен құралдары туралы студенттерде білім қалыптастыру .
Міндеті: Негізгі терминдар мен анықтамаларды игеру. Электірлік өлшеудің құралдары мен әдістерін оқып үйрету.
Материалдар,аспаптар және реактивтер: ”Өлшеулердің біркелкілігін қамтамассыз ету туралы’’ҚРзаңы – 2000ж, ҚРСТ 2.1-2000 “Терминдер мен анықтамалар”,ҚРСТ 2.4 -2000’’ ҚР МӨЖ. Өлшеу құралдарына тексеру жүргізу мен ұйымдастыру”және т.б. НҚ.
Электірлік шамалардың өлшем бірліктері. Өткен екі ғасырдың алғашқы жартысында электір және магнит шамаларын өлшеудің бірнеше бірліктер жүиесі қолданылған. Олардың ішінде көп таралған өлшем бірліктер жүйесі абсолютті электрмагниттік жүйе, ол СГСмо төрт негізгі: ұзындық-сантиметр, массса-грамм, уақыт-секунд және вакуумдегі магнит өтімділігіне тең болатын магнит өтімділігі бар бірліктерден тұрады.
Сандық коэффициенттеріне қарай абсолютті практикалық бірліктер жүйесі МКСА пайда болады. Ол –метр, килограмм, секунда, ампер бірліктерінен тұрады. Бұл өлшем бірліктер барлық магниттік шамалардың бірліктеріне жататындықтан, олар абсолютті практикалық деп саналады.
Негізгі бірлік Ампер МЖСТ 8417-81сәйкес анықталынады. Ампер дөңгелек қимасы өте аз және бір-бірінен өзара паралель 1 метр қашықтықтағы орналасқан өткізгіштердің 2*10 бірліктегі күшінен 1м ұзындыққа сәйкес туындайтын өзгермеитін токтардың күші болып табылады.
Техникалық өлшемдерді бірыңғай өлшеуді қамтамас ету барысындағы қабылданған өлшем бірліктер жүйесіне сәйкес электр шамалардың өлшем бірліктері алынады. Шамалардың өлшену дәлдігіне қарай олар үлгілік және жұмысшы эталондарына бөлінеді. Электр шамаларының өлшеу үшін электр қозғаушы күші (ЭҚК), электр кедергісі, интуктивтілік және өзара индуктивтілік, электр сыйымдылық алынады.
ЭҚК шамалары. Электр қозғаушы күшінің шамасы белгілі арнаулы гальваникалық элемент-нормаль элемент болып табылады.Нормаль элементтер күкірт-қышқылды кадмийдің қаныққан және қанықпаған ерітінділерінен тұрады.Оны Н-тәрізді шыны ыдыс түрінде оның төменгі ұштарына пісіріліп бекітілген екі платиналы электродтан тұратын және қымтап жауып жасайды. Нормаль элементінің құрамына:1-күкірт қышқылды сынап пастасы мен күкірт қышқылды кадмий кристалдары;2-сынап;3-амальгама кадмий кристалдары;5-күкірт қышқылды кадмий ерітіндісі кіреді.
Нормаль элементтердің қаныққан ерітінділері 0,001;0,005класс дәлдігіне қарай ЭҚК-н өндіреді.Күкірт қышқылды кадмийдің қанықпаған ерітіндісі бар нормаль элементтер 0,02 дәлдіктегі класқа жатады, олардыңөндіретін ЭҚК-інің диапазоны 0,0186 В-қа дейінгі аралықта болады.
Электр кедергілерінің шамалары. Электр кедергілерінің шамалары катушкамен анықталады. Бірнеше катушкаларды кедергілер жиындығына біріктіреді.Кедергі шамасының номинальді шамасын R=10, мұндағы п-бүтін сан, шартын қанағаттандыратындардың ішінен таңдап алады. 10 Ом-ға дейінгіаралықта кедергіні өндіре алатын шама алынады.
Шамалардың эквиваленттік сұлбасынан –сурет айнымалы токтардың тізбегіндегі кедергінің шамасы индуктивтілік L және орамдар аралығындағы катушканың сыйымдылығы С шамаларынан тұрады. Реактивті кедергілердің шамасы катушкадағы орамдарға сәйкес анықталынады, оны алмастыратын сұлбалардың тұрақты уақыты мына формуламен табылады:t=L|R-CR.
Электр шамаларының дәлдік кластары 0,0005;0,001;0002; 001;0,05;01;05;0,02болады.
Индуктивтивтілік шамалары. Бұл шамаларды индуктивтік катушка мен олардың жиындықтарымен анықтайды. Шамалардың өлшеу сапасы катушкалардың дұрыс жасалуына тікелей байланысты және ол былай анықталады : Q=wL\R.
Индуктивтіліктің шамаларының номинальді мәндері:0,0001;0,001;0,001;0,01;0,1; 1,0.Өзара индуктивтіліктің шамасы индуктивтілік шамасынан екі катушканың бір тұрқыға мықтап бекітілуімен ерекшеленеді.
Сыйымдылықтың шамалары. Ауалы және слюдалы конденсаторлардың тұрақты және айнымалы сыйымдылықтарды оның өлшемдік шамасы ретінде алынады.
Сыйымдылықтардың жиындығы түрінде алынған көпөлшемді шамалар көп таралған.Сыйымдылықты өндірудің диапазоны 0,0001 мкФ-тан 1000 не одан артық мкФ-қа дейінгі аралықта болады.
Ток күші мен кернеуді өлшеу. Ток күші мен кернеуді өлшеу электр шамаларының ішінде ең көп кездеседі. Токтың шығу тегі, үшіоның жиілігіне байланыстыток күші мен кернеуді өлшеу әдістері мен құралдары да түрліше болып келеді.Ток күші мен кернеуді элоктронды және электрмеханикалы амперметр мен вольтметрмен өлшейді. Ол аспаптарда өлшемдердің шамасын көрсететін тілшелері мен цифрлі санақты құрылғысы болады.Салыстырмалы өлшеу тікелей өлшеуге қарағанда қателіктерді аз жібереді.Салыстырмалы өлшеуде тұрақты және айнымалы токтардың комперсаторларын және электронды цифрлі вольтметрлерді пайдаланады. Ток күші мен кернеуді өлшеудің көп тараған түрі тікелей бағалау әдісі болып табылады.
Токтыөлшеу кез келген тұрақты токты өлшеуіштерімен:магнитэлектірлі, электрдинамикалы ,аналогты және цифрлі электронды амперметрлер көмегімен орындалады.10А-А10 аралықтағы токтарды асасезімтал магнитэлектірлі айналы гальванометр және гальванометрлік компенсаторлар арқылы өлшеуге болады.Токты жанама өлшеу үшін үлгілік резисторлар қолданылады.Токты өлшеу кезінде резисторлар тізбекке тізбектеле жалғанады. Өлшенетін ток былай анықталынады:J=U\R мұндағы U-R үлгілік резистордағы кернеудің түсуі, ол тұрақты токтың компенсаторы және вольтметрмен өлшенеді.R резисторындағы кеде ргіні өлшеудің қателігін минимальді ету ушін резистор тізбектің бөлігіне жалғанады. Егер тізбектегі жүктеменің кернеуін өлшеу керек болса, онда резистор сол жүктемеге параллель жалғанып өлшенеді(-сурет).
Кернеуді өлшеу әдістеріндегі қателіктерді азайту ушін вольтметрдің тұтынатын қуаты өте аз, ал ішкі кедергісі өте үлкен болуы қажет. Кернеуді өлшеу кез келген тұрақты токта жұмыс жасайтын кернеуді өлшеуіш құралдарымен жүргізіледі. Кернеудің өлшеуіштерін таңдау өлшенетін нысанның қуатына және өлшеу дәлдігіне көп тәуелді болды және соған орай таңдалынады.
Электр кедергісін өлшеу. Кедергіні өлшеудің жанама әдістерімен танысалық. Ол кедергіні амперметр және вольтметрмен өлшек. Өлшеуді төмендегідей сұлба арқылы жүргізеді (сурет) . Суреттегі сұлба бойынша кедергіні жанама әдіспен өлшеу төмендегі жуықтау формуласымен табылады:
R=U\J.
Бұл формула бойынша жүргізілген есептеулерөлшенетінкедергілердің нақты мәнінен көп ерекшелінеді,себебі өлшеу жүргізетін аспаптын энергия тұтынуы есептелінбей қалады. Жоғарыдағы суретте көрсетілгендей амперметрдің көрсетуі J мәніне ,ал Jтоктың ең үлкен мәніне, өлшенетін кедергіден өтетін токтың J мәніне сәйкес болса, онда дәл өлшеу жүргізетін формула былай болады:R=U( J-U\R)),мұндағы R-вольтметрдің өзінің кедергісі.
Басқа сұлбалық жағдайда вольтметр көрсеткіші U өлшенетін кедергідегі U кернеудің түсу мәніне сәйкес келмейді,сондықтан R=( U- J)\J)),мұндағыR-амперметр орамындағы кедергі ,егер ол кем болса ,онда оны ескермеуге де болады. Төменде кедергіпі жанама әдіспен өлшеудің екі сұлбасы көрсетілген(сурет )
Бірінші сұлба көбіне өндірістік жағдаиларда , мысалы, электр машиналары және трансформатордағы орамның кедергісін өлшеуде қолданылады. Екінші сұлба зертханалық жағдайлардағы үлкен шамадағы кернеуді өлшеуге арналады.
Біз вольтметр әдісі –кедергіні жанама түрде өлшеудің тағы бір тәсілі ретінде қарастырылады. Оның кедергісі белгіленген болады(сурет).
Қосып –ажыратқышты 1 жағдайға қойып,V вольтметрмен ток көзінің U кернеуін өлшейді.
Қосып ажыратқышты 1 жағдайға қойып ,Vвольтметрмен ток көзінің U кернеуін өлшейді. Қосып –ажыратқышты К басқа 2жағдайға қойып,V вольтметрді R-пен тізбектей жалғайды.Осы жағдайда вольтметрдің көрсетуі төмендейді және U бөліктегі кернеудің мәніне сәйкес келеді, яғни U=J R,мұндағы J -өлшенетін кедергі мен вольтметр арқылы өтетін ток.
Токтың J мәні келесі формуламен де анықталады:J=(U-U)\( U-U). Соңғы екі теңдеуден:R= (R\U) R шығады.Бұл әдісті зертханалық жағдаида үлкен кедергілерді өлшегенде пайдаланады.
Бір көпір. Тұрақты токтардағы кедергілерді өлшеу үшін төрт иінді көпір пайдаланады. Оның сұлбасы –суретте көрсетілген. Оның құрамына кедкргілері белгілі үш R, R, R,жәнеR өлшенетін кедергілер кіреді. Тұрақты ток көзінен көпір диагональдарыныңбіріне U кернеу беріледі,ал келесі біріне сезімтал гальванометр көрсеткіші нөлде болатындай етіп, ондағы көпір кедергілеріндегі (иіндеріндегі) токтардыңөтуіне тәуелсіз таңдалынып алынады. Гальванометрде токтың болмауы оның қысқыштарындағы кернеудің жоқтығын білдіреді ,яғни с және d нүктелеріндегі кернеудің кемуі өзара тең болады, JR=JR теңдеуін аламыз. Бірінші теңдеуді екінші теңдеуге бөліп, мына пропорцияны аламыз: R\R=R\R, R=(R\R) R.
R\R=к деп алып, формуланы R=kR деп жазамыз.
Жоғарыдағыкелтірілген формула бойынша көпір арқылы белгісіз кедергіні үлгілікRкедергіменсалыстыра отырыптабады.RжәнеRкедергінің мән