Ітераційний спосіб знаходження опорів шляхом вимірювання одним вольтметром у вимірювальному ланцюзі

Реферат: Ітераційний спосіб знаходження опорів шляхом вимірювання одним вольтметром у вимірювальному ланцюзі включає послідовне з'єднання джерела живлення, в якому вимірюють падіння напруг Uo на зразковому опорі R o та U x на досліджуваному опорі rx , значення досліджуваного опору знаходять за формулою rx  RoUx / Uo . Після першого заміру установлюють значення зразкового опору Ro  rx та повторюють цикл вимірювання (ітерацію). Цикли повторюють до тих пір, доки різниця між опорами rx отриманими за попередньою ітерацією та останньою не буде дорівнювати або стане меншою наперед заданого числа (наперед заданої похибки вимірювання). UA 73871 U (12) UA 73871 U UA 73871 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Корисна модель належить до області вимірювальної техніки, а саме, до способів вимірювання опорів постійного струму одним вольтметром. Корисна модель може бути використана для побудови цифрових інтелектуальних омметрів, а також для проведення експериментальних досліджень з метою вимірювання вхідних омічних опорів r х ліній електричних передач або елементів електричних систем - обмоток генераторів, силових трансформаторів, автотрансформаторів, дроселів, електричних машин та інших двополюсників. Ітераційний спосіб дозволяє підвищити точність вимірювань і розширити область застосування методу за рахунок використання вольтметрів з будь-яким вхідним опором і без необхідності перевірки постійності струму у вимірюваному ланцюзі. Для вимірювання опорів постійного струму застосовують різноманітні методи і засоби. Для вимірювань з відносно невисокою точністю користуються приладами прямого перетворення. Досить часто опір rX вимірюють за допомогою амперметра і вольтметра. Точність визначається сумою класів точності обох приладів і звичайно не перевищує 1 ÷ 8%. Вимірюваний опір розраховують по закону Ома, користуючись виміряними значеннями напруги і струму. Вимірювання омічного опору rх за допомогою амперметра і вольтметра може виконуватися за однією з двох схем включення цих приладів. За першою схемою [1] вольтметр V вимірює падіння напруги на послідовно сполучених резисторі rX і амперметрі А, точніше, на послідовно сполучених вимірюваному опорі r X і на внутрішньому опорі амперметра rА. Тому при підрахунку опору rX за законом Ома rX=U/І, використовуючи показання вольтметра V і амперметра А, неминуче виникає методична похибка, обумовлена опором амперметра. Знехтувати опором амперметра rA можна лише в тому випадку, коли вимірюється опір r X не менше, ніж у сто разів більший опору амперметра RА. Саме тому дана схема зазвичай застосовується при вимірах в лабораторних умовах порівняно великих опорів. У другій схемі [1] вольтметр фіксує напругу на вимірюваному опорі, але при цьому амперметр показує суму струмів, що проходять через вимірюваний опір і опір вольтметра, а не лише струм вимірюваного резистора. Знехтувати струмом IV, що відгалужується через вольтметр, можна лише у тих випадках, коли опір вольтметра r V не менше ніж у сто разів більший вимірюваного опору гX. На практиці друга схема використовується для вимірювання опорів обмоток електричних машин і трансформаторів. Недолік таких схем полягає у наявності методичної похибки вимірювання, обумовленої скінченною величиною опору вольтметра. Тому, перш ніж приступити до вимірювань опорів, користуючись методом вольтметра і амперметра, необхідно попередньо вибрати таку схему включення приладів, яка забезпечує найменшу методичну похибку. Найбільш близьким способом до заявленого ітераційного способу знаходження опорів шляхом вимірювання одним вольтметром у вимірювальному ланцюзі є метод порівняння вимірюваного опору із зразковим [2]. Принцип і порядок вимірювань цим методом зводиться до алгоритму, який складається із операцій вибору значення зразкового опору, вимірюванні падінь напруг U0 на зразковому опорі R0 та Ux на досліджуваному опорі rх у вимірюваному ланцюзі, утвореному послідовним з'єднанням джерела живлення, досліджуваного опору і зразкового опору, та операції визначення значення досліджуваного опору по формулі: rx  R o 45 50 55 Ux (1). Uo Цей спосіб заснований на тому, що при вимірюваннях через вимірювальний ланцюг проходить незмінний постійний струм І (рис. 1). Як зразковий опір використовують вимірювальну котушку опору, точний магазин опору або вимірювальний резистор високої точності. Падіння напруг Uo і Ux на зразковому і вимірюваному опорах Ro і rх, викликані проходженням через ці опори незмінного постійного струму І, пропорційні величинам опорів, тобто U o = IRo, a Ux=Irx. Використовуючи ці рівняння можна легко одержати формулу (1). Для вимірювання напруг U o і Ux, як правило, використовують вольтметр V із симетричним входом. Але при цьому необхідно вибрати такий вольтметр, внутрішній опір r v якого є дуже великим відносно опорів R o і rх. У найкращому випадку вхідний опір вольтметра повинен бути нескінченно великим. У реальних умовах таку вимогу практично не можливо задовольнити. Тому використання для вимірювання напруг Uo на зразковому і Ux на вимірювальному опорах вольтметра із симетричним входом приводить до значних похибок. Це пов'язано з тим, що відносно невеликий вхідний опір r V вольтметра шунтує опори rх І Ro. Тому результати обчислення шуканого опору r х по аналогу характеризуються істотною похибкою вимірювання. Крім того, оскільки при вимірах необхідно, щоб струм у вимірювальному ланцюзі залишався незмінним при перемиканнях вольтметра V, 1 UA 73871 U 5 10 15 20 25 30 то для перевірки незмінності струму у вимірювальному колі необхідно у схемі передбачити вимірювач струму, що також є недоліком даного аналогу. В основу корисної моделі покладено задачу розширення області застосування способу та зменшення методичних похибок вимірювання. Ітераційний спосіб знаходження опорів шляхом вимірювання одним вольтметром у вимірювальному ланцюзі, що включає послідовне з'єднання джерела живлення, в якому вимірюють падіння напруг Uo на зразковому опорі Ro та Ux на досліджуваному опорі rх, значення досліджуваного опору знаходять за формулою rx=RoUx/Uo, новим є те, що після першого заміру установлюють значення зразкового опору Ro=rx та повторюють цикл вимірювання (ітерацію), такі цикли повторюють до тих пір, доки різниця між опорами rх отриманими за попередньою ітерацією та останньою не буде дорівнювати або стане меншою наперед заданого числа (наперед заданої похибки вимірювання). Даний спосіб реалізується за допомогою використання метода послідовних наближень (ітерацій). На нульовій ітерації, коли невідоме не лише приблизне значення rх вимірюваного опору, а навіть і його порядок, значення зразкового опору R0 практично вибирають довільно, але для зменшення кількості ітерацій необхідно R0 підібрати так, щоб при вимірюванні значення падіння напруг U0 і Ux розташовувалися у межах однієї шкали вольтметра V. Лише у цьому випадку вхідний опір вольтметра залишається незмінним. Потім вольтметром V (рис. 2) вимірюють по черзі падіння напруг U0 і Ux, після цього виконують останню операцію алгоритму обчислення по формулі (1) значення вимірюваного опору r х. Кожна наступна ітерація відрізняється від попередньої лише тим, що на кожному наступному циклі значення зразкового опору повинно дорівнювати значенню вирахуваного опору r х на попередній ітерації. Такі ітераційні цикли повторюють, поки по абсолютній величині монотонно спадаюча різниця між дійсним і вимірюваним значеннями опорів, тобто абсолютна похибка вимірювання, залишається більшою наперед заданого малого числа α (для одержання вимірюваного опору з похибкою, яка не перевищує клас точності вольтметра, практично необхідно виконати лише дві-три ітерації). Таким чином, запропонований ітераційний спосіб знаходження опорів шляхом вимірювання одним вольтметром у вимірювальному ланцюзі розширює область застосування та зменшує методичні похибки вимірювання. Джерела інформації: 1. Электрические измерения / под ред. А.В. Фремке. - Л.: Энергия, 1973, с. 140-141, рис.83, а и б. 2. Курс электрических измерений / под ред. В.Т, Прыткова и А.В. Талицкого. - М., Л.: ГЭИ, 1960. - с. 329-330, рис. 7-2, в. 35 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 Ітераційний спосіб знаходження опорів шляхом вимірювання одним вольтметром у вимірювальному ланцюзі, що включає послідовне з'єднання джерела живлення, в якому вимірюють падіння напруг Uo на зразковому опорі R o та U x на досліджуваному опорі rx , значення досліджуваного опору знаходять за формулою rx  RoUx / Uo , який відрізняється тим, що після першого заміру установлюють значення зразкового опору Ro  rx та повторюють цикл 45 вимірювання (ітерацію), такі цикли повторюють до тих пір, доки різниця між опорами rx , отриманими за попередньою ітерацією та останньою, не буде дорівнювати або стане меншою наперед заданого числа (наперед заданої похибки вимірювання). 2 UA 73871 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3