Основные электроизмерительные приборы. Способы измерения электрических величин и рас­чет параметров элементов электрической цепи.

УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА

ДИСЦИПЛИНЫ «ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА»

для специальности 17.05 «Машины и аппараты химических производств»

Преимущества электрической энергии. Основные электротехнические понятия. Электриче­ский ток. Электрическая цепь. Сила тока. ЭДС. Напряжение. Закон Ома. Работа и мощность в электрической цепи. Закон Джоуля-Ленца.

ОТВЕТ: Преимущества электрической энергии:

- Низкая стоимость централизованного производства электрической энергии.

- Электрическая энергия легко, быстро и экономично передаётся на дальние расстояния.

- Электрическая энергия легко преобразуется в другие виды энергии.

- Потребители электрической энергии отличаются высокой экономичностью и экологической чистотой (чего нельзя сказать о местах её производства).

Основные электротехнические понятия:

Электрический заряд и электрическое поле (ЭЗ и ЭП): Опытным путём установлено, что в природе существует два рода электрических зарядов: «-» - электроны, «+» - протоны, позитроны. Все тела электрически заряжены или электронейтральны (когда действие положительных зарядов скомпенсировано действием отрицательных зарядов). Единицей измерения электрического заряда – Кулон. Электрический заряд в окружающем пространстве создаёт электрическое поле, наличие которого можно определить по силовому воздействию на некоторый пробный электрический заряд.

Электрический ток – это упорядоченное, направленное движение электрических зарядов в пространстве под действием сил электрического поля. Количественно величина тока в электрических цепях характеризуется понятием «сила тока». . Сила тока – это количество электричества, протекающего через поперечное сечение проводника в единицу времени. В зависимости от свойства различных веществ и материалов проводить электрический ток различают:

1. Проводники.

1.1. Проводники первого рода (металлы) – не происходит химических превращений.

1.2. Проводники второго рода (расплавы, растворы, ионизированные газы) – происходят химические превращения.

2. Полупроводники (Si, Ge).

3. Диэлектрики (изоляторы).

Электрическая цепь – это совокупность электротехнических устройств, предназначенных для производства электроэнергии, её передачи или распределения, а также для преобразования в требуемый вид энергии, то есть в работу.

В простейшем случае электрическая цепь содержит:

1. Источник электрической энергии (ИЭЭ). Преобразует первичные виды энергии (химическую и др.) в электрическую.

2. Потребитель (приёмник) электроэнергии. Служит для преобразования электроэнергии в требуемую работу.

3. Соединительные провода или линии электропередач (ЛЭП).

В общем случае электрическая цепь может содержать также различные электротехнические устройства (регулирующие, защитные, коммутирующие, сигнальные), а также электроизмерительные приборы.

Виды первичной электроэнергии	Источник электроэнергии	Линии электропередач	Потребитель электроэнергии	Работа
Световая (лучистая)	Фотоэлемент		→ → → → → → → →		Электронагреватель (ЭН) (электрическая лампа)	Тепловая
Механическая	Электромеханический генератор	Газоразрядные лампы, светодиоды.	Световая
Химическая	Гальванический элемент	Электродвигатель (ЭД)	Техническая
Тепловая	Термоэлементы и термопары	Аккумулятор, гальваника	Химическая

При протекании электрического тока по электрической цепи происходит преобразование электроэнергии источника в другой вид энергии, то есть источник совершает в цепи некоторую работу. Количественной мерой этой работы является ЭДС. ЭДС – работа, совершаемая источником электроэнергии при перемещении единицы количества электричества по замкнутой цепи. . При рассмотрении участка цепи вводится понятие «разность потенциалов» или «напряжение». Напряжение характеризуется работой, совершаемой источником электроэнергии между двумя рассматриваемыми точками. , .

Закон Ома установлен опытным путём и описывает взаимосвязь между напряжением и током в электрической цепи: ток в электрической цепи прямо пропорционален приложенному напряжению: , где - коэффициент пропорциональности Если , то цепь линейна, если (переменный), то цепь не линейная. - проводимость.

- для постоянного тока. , - для переменного тока.

Мощность в цепи переменного тока: , , - количество электричества. , . В цепи переменного ток происходит энергетический процесс преобразования и обмена электроэнергии, скорость которой характеризуется понятием полная мощность. . - полная мощность. В случае преобразования электроэнергии в другие виды энергии, этот процесс характеризуется понятием активная мощность. Активная мощность определяется законом Джоуля-Ленца: . Процесс обратимого обмена электроэнергии между переменными электромагнитными полями в электрической цепи характеризуется понятием реактивная мощность. . Действующее значение переменного тока эквивалентно такому постоянному току, который оказывает такой же тепловой эффект, что и при протекании переменного тока. . , , .

Электрическая цепь постоянного тока. Основные элементы и их условно-графические обозна­чения. Методы расчета цепей постоянного тока (правила Кирхгофа, метод эквивалентных пре­образований).

ОТВЕТ:

Основные электроизмерительные приборы. Способы измерения электрических величин и рас­чет параметров элементов электрической цепи.

ОТВЕТ: Основные электроизмерительные приборы:

1) Амперметр (А) – служит для измерения силы тока I(A). Обладает очень малым электрическим сопротивлением (R_A≈ 0) и включается в электрическую цепь последовательно.

2) Вольтметр (V) – служит для измерения напряжения U(B). Обладает очень большим электрическим сопротивлением (R_V=∞, I_V=0) и включается в электрическую цепь параллельно.

3) Ваттметр (W) – служит для измерения электрической мощности P(Вт). Включается по сложной схеме, так как имеет две обмотки: I^*- I – амперметровая обмотка (токовая) служит для измерения тока и включается в цепь последовательно, U^*- U – вольтметровая обмотка (напряжения). Служит для измерения напряжения и включается в цепь параллельно. I^*, U^* - генераторные зажимы ваттметра, включаются со стороны источника.

Измерение электрических величин:

При проведении работ на стенде, выполнять измерения необходимо в следующем порядке:

1) Выбрать источник электрической энергии по назначению и роду измеряемого тока.

2) С учётом требуемой точности измерений (допустимой относительной погрешности δ %) выбрать измерительный предел с соответствующим пределом измерения A_H (номинальное или нормирующее значение), а в случае многопредельного прибора, установить переключатель на выбранный предел измерения.

В общем случае для обеспечения более высокой точности измерений из имеющегося ассортимента электроизмерительных приборов следует выбрать прибор с минимальной относительной погрешностью. (1), где - класс точности, - заданное значение измеряемой величины. Поэтому с целью снижения погрешности в случае электроизмерительных приборов с одинаковым классом точности, выбирают прибор, предел измерения которого является большим ближайшим значением к измеряемой величине ( ) так, чтобы показания измерительного прибора были, возможно, ближе к пределу измерения. В случае, если электроизмерительные приборы имеют одинаковый предел измерений, то выбирают прибор с более высоким классом точности. В остальных случаях следует руководствоваться приведённой выше формулой (1).

Для ваттметра предел измерения вычисляется как произведение выбранных измерений ваттметра по току и по напряжению. .

3) Определить цену деления шкалы , где - число делений шкалы измерительного прибора.

4) Установить прибор в требуемом положении, указанном на шкале измерительного прибора.

5) Установить стрелку измерительного прибора на нулевую отметку с помощью корректора.

6) Включить измерительный прибор в исследуемую электрическую цепь.

7) После проверки Электрической цепи преподавателем, включить стенд и установить заданный режим.

8) Произвести отсчёт числа делений шкалы n, указываемых стрелкой измерительного прибора (то есть показаний измерительного прибора в делениях шкалы n) и вычислить результат в единицах измеряемой величины: .

9) Снять напряжение, выключить стенд и результаты измерений показать преподавателю.