Радиоэлектроника

Электрическое активное сопротивление


Министерство образования Российской Федерации
            Волгоградский государственный технический университет
           Кафедра «Техническая эксплуатация и ремонт автомобиля»



                             СЕМЕСТРОВАЯ РАБОТА
                 по дисциплине «Основы научных исследований»

                 Тема: Электрическое активное сопротивление
                                 Вариант № 63



Студент: Ветров Алексей Семёнович
Группа: АТ-314
Направление: 5521 «Эксплуатация транспортных средств»
Преподаватель: Зотов Николай Михайлович



                                              Дата сдачи на проверку:_______
                                                    Роспись студента:_______



                              Волгоград 2004 г.
                                 Содержание.

1. Характеристика заданной физической величины и её
 применение…………………………………………………….3
2. Способы, датчики и приборы используемы для измерения заданной
 величины……………………………..4
. Мост Уитстона………………………………………………………………5
. Омметры……………………………………………………….6
. Измерение сопротивлений способом вольтметра и
 амперметра…………………………………………………….8
3. Список используемой литературы………………………..10



                Характеристика заданной физической величины и
                               её  применение.

     Активным, или резистивным,  сопротивлением  обладает  элемент  цепи,  в
котором происходит необратимый процесс превращения электрической  энергии  в
тепловую. Активное сопротивление является параметром  резистивного  элемента
в цепи переменного тока. Сопротивление одного и того же  повода  переменному
току  (э.д.с.  самоиндукции  можно   пренебречь)   несколько   больше,   чем
постоянному току, т.е. Ra > Rст , что  обусловлено  явлением  поверхностного
эффекта. Условно активное сопротивление  (как  и  статическое)  обозначается
буквами R, r, а на на электрических  схемах  замещения  резистивный  элемент
изображается в виде вытянутого прямоугольника.
       Явление  поверхностного  эффекта  физически   можно   объяснить   (по
предложению В. Ф. Миткевича) следующим  образом.   Цилиндрический  проводник
сечением S с переменным током i упрощённо можно представить  себе  собранным
из  n  полых  цилиндров  с  одинаковой  площадью  поперечного  сечения   So.
Предположим, что ток  каждого  из  цилиндров  i=i/n  создаёт  вокруг  своего
цилиндра по одной магнитной линии. В  результате  наружный  слой  проводника
будет сцеплен с магнитной линией только своего тока, а каждый последующий  в
направление к оси – со своей и другими внешними линиями.  Наибольшим  числом
силовых линий  окружена  сердцевина  проводника.  Поскольку  магнитное  поле
переменное, в полых цилиндрах  будут  индуцироваться  разные  э.д.с.  и  они
будут иметь различные индуктивные  сопротивления:  наибольшее  –  внутренний
цилиндр,  наименьшее  –  внешний.  Это  приводит  к  тому,   что   плотность
переменного тока в сечении провода не постоянная – в сердцевине  минимальная
и постепенно увеличивается к наружным слоям.
       В результате радиального вытеснения переменного  тока  из  внутренних
слоёв провода в наружные  полезное  сечение  провода  данному  току  как  бы
уменьшается,   а    его    сопротивление    увеличивается.    Соответственно
увеличиваются  и потери энергии на  нагрев  провода.  При  высоких  частотах
переменного тока электроны  вытесняются из проводника даже наружу  –  провод
излучает часть своей энергии в виде оранжево-  голубого  свечения.  По  этой
причине мощные КЛ современных электропечей выполняются  полыми  кабелями,  а
ВЛ  –  сталеалюминевыми  проводами;  наружный  проводящий   слой   последних
делается из алюминия, внутренний –  в  виде  стального  троса  для  придания
проводу механической прочности.
        Поскольку   мощность   пропорциональна   квадрату   тока,   активное
сопротивление  приёмника   электроэнергии   определяется   мощностью   Р   и
действующим переменным током I:


                          R=P/IІ,              (1)

Явление поверхностного эффекта в  проводнике  характеризуется  коэффициентом
поверхностного эффекта:

                              k=R/Rст,      (2)

значение которого находится в прямой зависимости  от  диаметра  d,  удельной
теплоёмкости v, абсолютной магнитной проницаемости ma  материала  провода  и
частоты переменного тока f:
                                                           ____
                    k=?(d?v?af ).                     (3)

      Активное  сопротивлении  медных  и  алюминиевых  проводов   небольшого
диаметра (до 10  мм)  при  частоте  переменного  тока  50  Гц  незначительно
превышает статистическое(для них k немного больше единицы),  но  существенно
больше его  в стальных проводах с большой магнитной проницаемостью ma .
       К  преемникам  электроэнергии  имеющим  практически  только  активное
сопротивление   относятся   лампы    накаливания,    резисторы,    реостаты,
нагревательные  приборы,  электрические  печи  сопротивления  и   бифилярные
(безреактивные) катушки, индуктивностью и емкостью которых ввиду их  малости
можно пренебречь.  Таким  образом,  в   автомобилях  электрическое  активное
сопротивление можно встретить в лампах накаливания осветительных  элементов,
а также в электрооборудовании в которых применяются резисторы.
      Лампа   накаливания   электрическая,   источник   света,   в   котором
преобразование электрической энергии  в  световую  происходит  в  результате
накаливания электрическим током тугоплавкого  проводника.  Для   автомобилей
напряжения  ламп  накаливания  равно  напряжению  бортовой   сети   12В;24В.
Кратковременное включение на напряжение,  превышающее  номинальное  на  15%.
выводит лампу из строя. Срок службы до 1000 ч и более, поэтому лампы  должны
устанавливаться  в  местах,  обеспечивающих  лёгкость  их  замены.  Световая
отдача   Л.   н.   зависит   от   конструкции,   напряжения,   мощности    и
продолжительности горения и составляет 10-35 лм/Вт.
         Резистор  (англ.  resistor,  от  лат.  resisto  -   сопротивляюсь),
структурный элемент электрической цепи, основное  функциональное  назначение
которого  оказывать  известное  (номинальное)  сопротивление  электрическому
току  с  целью  регулирования  тока   и   напряжения.   В   радиоэлектронных
устройствах Р. нередко составляют более  половины  (до  80%)  всех  деталей.
Некоторые Р. применяют в качестве  электрических  нагревательных  элементов.
Выпускаемые промышленностью Р. различаются по величине сопротивления  (от  1
ома  до  10   Мом),   допустимым   отклонениям   от   номинальных   значений
сопротивления (от 0,25 до 20%) и рассеиваемой мощности (от 0,01 до 150  вт).



   Способы, датчики и приборы используемы для измерения заданной величины.

         В основу любого измерения сопротивления положен закон Ома:

                      R = U/I.                     (4)

           Исходя  из  этого  можно  определить  величину  сопротивления  R,
пропуская известный ток I через резистор,  сопротивление  которого  подлежит
измерению, и измеряя падение напряжения на нём.
         Практически удобнее и  точнее  измерить  сопротивление  при  помощи
моста Уитстона (рис.1). Источник постоянного  напряжения  питает  две  ветви
Rx, Rn и R1, Р2 схемы моста. Измеряемое сопротивление Rx  можно  сравнить  с
сопротивлением Rn эталонного резистора изменением  отношения  R1/R2  до  тех
пор, пока показание нуль- гальванометра G не станет равным нулю.

[pic]
Рис. 1. Мост Уитстона для измерения сопротивлений.

При этом
             Ux/Un=Rx/Rn=U1/U2=R1/R2  и  Rx=RnR1/R2         (5)
        Если Rx очень мало  (в  пределах  1  Ом—  10  мкОм),  то  переходные
сопротивления сравнимы с измеряемым  сопротивлением  и  вносят  значительную
погрешность в результат измерения. В этом случае применяют  несколько  более
сложный мост Томсона, который также прост в эксплуатации.
        Мосты Уитстона  и  Томсона  в  простом  и  удобном  для  пользования
исполнении   обеспечивают   точность   измерения   порядка   1%;    точность
лабораторных  мостов  прецизионного  исполнения  достигает  10E-6  и   выше.
Измерительные мосты упомянутого типа могут быть выполнены с   автоматическим
уравновешиванием, т. е. в виде так  называемых  автоматических    мостов,  в
которых  ток  IG  в   гальванометре   вызывает   срабатывание   реверсивного
двигателя, изменяющего отношение R1/R2  до  тех  пор,  пока  оно  не  станет
равным  нулю.  Такой  мост    может  быть  выполнен  в  виде  стрелочного  и
цифрового измерительного прибора, непосредственно определяющего Rx.
        Для приближенного измерения сопротивлений с  точностью  в  несколько
процентов применяют омметры с прямым отсчетом.  Они  осуществляют  измерение
на основе упомянутой выше зависимости между  током  и  напряжением  и  прямо
показывают при помощи логометра (значение) R=U/I. Согласно  другому  способу
при   известном   напряжении   измеряют   ток,   причем   шкалу   градуируют
непосредственно в  омах.  Омметры  этого  типа  встраивают  в  универсальные
(многопредельные) приборы для измерения тока и напряжения.



                                  Омметры.

         Электронные  омметры  (подгруппа  Е6)   широко   используются   для
измерения активных сопротивлений в диапазоне 10Е-4 - 10Е12 Ом при  измерении
сопротивлений резисторов,  изоляции,  контактов,  поверхностных  и  объемных
сопротивлений и в других случаях.
        В основе большинства электронных омметров лежат  достаточно  простые
схемы, которые приведены на рис. 2.
Если в схемах, представленных на рис. 2, использовать магнито-
[pic]
Рис. 2, Последовательная (а) и параллельная (б) схемы омметров

электрический измерительный механизм, то при соблюдении условия  U  =  Const
показания  будут  определяться  значением  измеряемого   сопротивления   Rx.
Следовательно, шкала может  быть отградуирована в единицах сопротивления.
Для последовательной схемы включения Rx (рис. 2, а)

           ?= SU /R+Rx;                                       (6)

а для параллельной схемы включения Rx (рис. 2, б)

                  a= SU*Rx/(RRx+RД(R+Rx);               (7)


где   S=  Bsw/W  -  чувствительность  магнитоэлектрического   измерительного
механизма.
        Так как все значения величин в правой части  уравнений  (6)  и  (7),
кроме Rx, постоянны, то угол отклонения  определяется  значением  Rx.  Такой
прибор называется омметром. Из  выражений  (6)  и  (7)  следует,  что  шкалы
омметров при обеих схемах включения неравномерны. В  последовательной  схеме
включения в отличие от параллельной,  нуль  шкалы  совмещен  с  максимальным
углом  поворота  подвижной  части.   Омметры   с   последовательной   схемой
соединения  более  пригодны  для  измерения  больших  сопротивлений,   а   с
параллельной схемой — малых. Обычно  омметры  выполняют  в  виде  переносных
приборов классов точности 1,5 и 2,5. В качестве источника питания  применяют
сухую батарею.
         С течением времени напряжение батареи падает, т.  е.  условие  U  =
const не выполняется. Вместо этого, трудно выполнимого на практике  условия,
поддерживается   постоянным   значение   произведения   ВU   =   const,    а
следовательно, и  SU  ==  const.  Для  этого  в  магнитную  систему  прибора
встраивается магнитный шунт  в  виде  ферромагнитной  пластинки  переменного
сечения, шунтирующей рабочий воздушный зазор. Пластинку можно  перемещать  с
помощью  ручки,  выведенной  на  переднюю  панель.  При  перемещении   шунта
меняется магнитная индукция В.
         Для регулировки омметра с последовательной схемой  включения  перед
измерением замыкают накоротко его зажимы с надписью «Rx», и  в  том  случае,
если стрелка не устанавливается  на  отметке  «О»,  перемещают  ее  до  этой
отметки с помощью  —  шунта.  Регулировка  омметра  с  параллельной   схемой
включения производится при  отключенном  резисторе  Rx.  Вращением  рукоятки
шунта указатель устанавливают на   отмётку  шкалы  соответствующую  значению
Rx= ?  .
           Необходимость  установки  нуля   является   крупным   недостатком
рассмотренных   омметров.   Этого    недостатка    нет    у    омметров    с
магнитоэлектрическим логометром.
Схема включения логометра в омметре представлена на рис. 3. В этой  схеме  1
и 2— рамки логометра,  обладающие  сопротивлениями  R1  и  R2;  Rн  и  RД  —
добавочные резисторы, постоянно включенные в схему. Так как

                I1=U/(R1+Rн); I2=U/(R2+RД+Rx),           (8)
 Тогда

              a= F((R2+RД+Rx)/(R1+Rн),                      (9)

т. е. угол отклонения определяется значением Rx и не зависит  от  напряжения
U.
[pic]
Рис. 3. Схема включения логометра в омметре.

Конструктивно  омметры  с  логометром  выполняют  весьма  разно  образно   в
зависимости  от  требуемого  предела  измерения,  назначения  (щитовой   или
переносный прибор) и т. п.
        Точность омметров при  линейной  шкале  характеризуется  приведенной
погрешностью   по   отношению   к   пределу   измерения.   При    нелинейной
(гиперболической)   шкале   погрешности   прибора   характеризуются.   также
приведенной погрешностью, %, но по отношению к  длине  шкалы,  выраженной  в
миллиметрах, т. е; ?=(?l/lшк)100.
         В СССР выпускается несколько типов  электронных  омметров.  Омметры
типов Е6-12, Е6-15 имеют структурные схемы, близкие  к  схемам,  приведенным
на  рис.  2б.  Пределы  измерения   0,001—0,003...   100   Ом,   приведенная
погрешность 1,5—2,5%. Омметры типов E6-1Q, Е6-13  имеют  структурную  схему,
приведенную на рис. 2а. Пределы измерения 100—300—1000 Ом; 3—10...1000  кОм;
1—3...107 МОм; ?= 1.5; 2.5%.


          Измерение сопротивлений способом вольтметра и амперметра.

      Pис. 4  а  и  б.  Эти  способы  могут  быть  применены  для  измерения
различных по значению сопротивлений. Достоинство  этих  схем  заключается  в
том, что по резистору с измеряемым сопротивлением можно пропускать такой  же
ток,  как  и  в  условиях  его  работы,  что  очень  важно  при   измерениях
сопротивлений, значения которых зависят от тока.
[pic]
        Рис. 4. Измерение сопротивлений вольтметром -и амперметром .
                                             |
        Измерение  сопротивления  амперметром  и  вольтметром  основано   на
использовании закона Ома. Однако если собрать схемы, показанные на  рис.  4,
и установить  в  цепи  измеряемого  сопротивления  требуемый  условиями  его
работы ток, то, отсчитав одновременно показания вольтметра  V  и  амперметра
А, а затем разделив первое на второе,  получим  лишь  приближенное  значение
измеряемого сопротивления

             R’x= U/I.                                     (10)

Действительное   значение   сопротивления    Rx    определится    следующими
выражениями:
для схемы рис. 4, а

                   Rx=U/Ix=U/(I-Iv)=U/(I-U/Rv);     (11)_

для схемы рис. 4, б

                Rx= (U-IxRa)/Ix.                        (12)

        Как  видно  из  выражений  (11)  и  (12),  при   подсчете   искомого
сопротивления  по  приближенной  формуле  (10)  возникает  погрешность.  При
измерении по схеме рис. 4,  а  погрешность  получается  за  счет  того,  что
амперметр учитывает не только ток Ix проходящий через резистор с  изменяемым
сопротивлением Rx но и ток Iv,ответвляющийся в вольтметр.
       При измерении по схеме рис. 4,б погрешность  появляется  из-за  того,
что вольтметр кроме напряжения  на  резисторе  с  измеряемым  сопротивлением
учитывает также значение падения напряжения на амперметре.
       Поскольку в практике измерений этим  способом  подсчет  сопротивлений
часто производится по приближенной формуле (4), то необходимо  знать,  какую
схему следует выбрать для того, чтобы  погрешность была минимальна.
      Для схемы рис. 4, а относительная погрешность (в процентах)

           ?=(R’x- Rx)/Rx =( - Rx/(Rx+Rv))*100                (13)

a для схемы рис. 4, б

         ?= (R’x-Rx)/Rx=( Ra/Rx)*100                            (14)

Как видно из выражений (13) и (14), пользоваться схемой   рис. 4а следует  в
тех случаях, когда сопротивление  Rv  вольт  метра  велико  по  сравнению  с
измеряемым сопротивлением Rx,   а  схемой  рис.  4б  —  когда  сопротивление
амперметра Ra мало  по сравнению с измеряемым сопротивлением.  Обычно  схему
рис. 4a, целесообразнее  применять  для  измерения  малых  сопротивлении,  а
схему рис. 4б — больших.



                       Список используемой литературы.


1. Атамалян Э. Г. Приборы и методы измерения  электрических  величин  –  М.:
 Высшая школа, 1982.
2.  Левшина  Е.  С.,  Новицкий  П.  В.  Электрические  измерения  физических
 величин: - Л.: Энергоавтомиздат. 1983.
3. Соловьёв В. А. Основы измерительной техники. – Л.: Изд-во  Ленинградского
 Ун-та 1980.
4. Тер-Хататуров А. а. Алиев Т. М. Измерительная  техника:  Учебное  пособие
 для техн. вузов – М.: Высшая школа, 1991.
5.  Электрические  измерения  /   Под   ред.   В.   Н.   Малиновского   –М.:
 Энергоатомиздат, 1987.





смотреть на рефераты похожие на "Электрическое активное сопротивление "