Реферат: 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 заданнойфизической величины и её  применение…………………………………………………….3

2.  Способы, датчики и приборы используемы для измерениязаданной величины……………………………..4

·   Мост Уитстона………………………………………………………………5

·   Омметры……………………………………………………….6

·   Измерение сопротивленийспособом вольтметра и амперметра…………………………………………………….8

3.Список используемой литературы………………………..10

Характеристика заданной физической величины и

её  применение.

     Активным, или резистивным, сопротивлением обладаетэлемент цепи, в котором происходит необратимый процесс превращенияэлектрической энергии в тепловую. Активное сопротивление является параметромрезистивного элемента в цепи переменного тока. Сопротивление одного и того жеповода переменному току (э.д.с. самоиндукции можно пренебречь) несколькобольше, чем постоянному току, т.е. Ra> Rст, чтообусловлено явлением поверхностного эффекта. Условно активное сопротивление(как и статическое) обозначается буквами R, r, а на на электрических схемах замещения резистивныйэлемент изображается в виде вытянутого прямоугольника.

      Явление поверхностного эффекта физически можнообъяснить (по предложению В. Ф. Миткевича) следующим образом.  Цилиндрическийпроводник сечением S с переменным током iупрощённо можно представить себесобранным из n полыхцилиндров с одинаковой площадью поперечного сечения So. Предположим, что ток каждого из цилиндров i=i/n создаёт вокругсвоего цилиндра по одной магнитной линии. В результате наружный слой проводникабудет сцеплен с магнитной линией только своего тока, а каждый последующий внаправление к оси – со своей и другими внешними линиями. Наибольшим числомсиловых линий окружена сердцевина проводника. Поскольку магнитное полепеременное, в полых цилиндрах будут индуцироваться разные э.д.с. и они будут иметьразличные индуктивные сопротивления: наибольшее – внутренний цилиндр,наименьшее – внешний. Это приводит к тому, что плотность переменного тока всечении провода не постоянная – в сердцевине минимальная и постепенноувеличивается к наружным слоям.

       В результате радиального вытеснения переменноготока из внутренних слоёв провода в наружные полезное сечение провода данномутоку как бы уменьшается, а его сопротивление увеличивается. Соответственноувеличиваются  и потери энергии на нагрев провода. При высоких частотахпеременного тока электроны  вытесняются из проводника даже наружу – проводизлучает часть своей энергии в виде оранжево- голубого свечения. По этойпричине мощные КЛ современных электропечей выполняются полыми кабелями, а ВЛ –сталеалюминевыми проводами; наружный проводящий  слой последних делается изалюминия, внутренний – в виде стального троса для придания проводу механическойпрочности.

       Поскольку мощность пропорциональна квадратутока, активное сопротивление приёмника электроэнергии определяется мощностью Ри действующим переменным током I:

R=P/I²,             (1)

Явление поверхностного эффекта в проводникехарактеризуется коэффициентом поверхностного эффекта:

k=R/Rст,      (2)

значение которого находится в прямой зависимости отдиаметра d, удельной теплоёмкости v, абсолютной магнитной проницаемости ma материала провода и частоты переменноготока f:

                                                           ____

k=φ(d√vμaf).                    (3)

      Активное сопротивлении медных и алюминиевыхпроводов  небольшого диаметра (до 10 мм) при частоте переменного тока 50 Гцнезначительно превышает статистическое(для них k немного большеединицы), но существенно больше его  в стальных проводах с большой магнитнойпроницаемостью ma.

      К преемникам электроэнергии имеющим практическитолько активное сопротивление относятся лампы накаливания, резисторы, реостаты,нагревательные приборы, электрические печи сопротивления и бифилярные(безреактивные) катушки, индуктивностью и емкостью которых ввиду их малостиможно пренебречь. Таким образом, в  автомобилях электрическое активноесопротивление можно встретить в лампах накаливания осветительных элементов, атакже в электрооборудовании в которых применяются резисторы. 

     Лампа накаливания электрическая, источник света,в котором преобразование электрической энергии в световую происходит врезультате накаливания электрическим током тугоплавкого проводника. Для автомобилей  напряжения ламп накаливания равно напряжению бортовой сети12В;24В. Кратковременное включение на напряжение, превышающее номинальное на15%. выводит лампу из строя. Срок службы до 1000 ч и более, поэтому лампыдолжны устанавливаться в местах, обеспечивающих лёгкость их замены. Световаяотдача Л. н. зависит от конструкции, напряжения, мощности и продолжительностигорения и составляет 10-35 лм/Вт.

        Резистор (англ. resistor, от лат. resisto — сопротивляюсь), структурный элемент электрической цепи, основное функциональноеназначение которого оказывать известное (номинальное) сопротивлениеэлектрическому току с целью регулирования тока и напряжения. В радиоэлектронныхустройствах 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 омадо 10 Мом), допустимым отклонениям от номинальных значений сопротивления (от0,25 до 20%) и рассеиваемой мощности (от 0,01 до 150 вт).

Способы, датчики и приборы используемы для измерениязаданной величины.

         В основу любого измерения сопротивленияположен закон Ома:

R = U/I.                     (4)

          Исходя из этого можно определить величинусопротивления R, пропуская известный ток I через резистор, сопротивление которого подлежитизмерению, 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, Rnи R1, Р2схемы моста. Измеряемое сопротивление Rxможносравнить с сопротивлением Rn эта­лонного резистора изменением отношения R1/R2 до техпор, пока показание нуль- гальванометра G не станетравным нулю.

/>

Рис. 1. Мост Уитстона для измерения сопро­тивлений.

При этом

Ux/Un=Rx/Rn=U1/U2=R1/R2 и Rx=RnR1/R2         (5)

        ЕслиRx очень мало (в пределах 1 Ом— 10 мкОм), то переходныесопротивления сравнимы с измеряемым сопротивлением и вносят значительнуюпогрешность в ре­зультат измерения. В этом случае применя­ют несколько болеесложный мост Томсона, который также прост в эксплуатации.

        Мосты Уитстона и Томсона в простом и удобномдля пользования исполнении обес­печивают точность измерения порядка 1%; точностьлабораторных мостов прецизион­ного исполнения достигает 10E-6 ивыше. Измерительные мосты упомянутого типа могут быть выполнены с автоматическим уравновешиванием, т. е. в виде так называ­емых автоматических  мостов, в которых ток IGвгальванометре вызывает срабаты­вание реверсивного двигателя, изменяюще­гоотношение R1/R2 до тех пор, пока оно не станет равным нулю. Такоймост   может быть выполнен в виде стрелочного и циф­рового измерительногоприбора, непосред­ственно определяющего Rx.

        Для приближенного измерения сопротив­лений сточностью в несколько процентов применяют омметры с прямым отсчетом. Ониосуществляют измерение на основе упомянутой выше зависимости между то­ком инапряжением и прямо показывают при помощи логометра (значение) R=U/I.Согласно другому способу приизвестном напряжении измеряют ток, причем шкалу градуируют непосредственно вомах. Ом­метры этого типа встраивают в универсаль­ные (многопредельные) приборыдля изме­рения тока и напряжения.

Омметры.

        Электронные омметры (подгруппа Е6) широкоиспользуются для измерения активных сопротивлений в диапазоне 10Е-4 — 10Е12 Омпри из­мерении сопротивлений резисторов, изоляции, контактов, поверхностных иобъемных сопротивлений и в других случаях.

        В основе большинства электронных омметровлежат достаточно простые схемы, которые приведены на рис. 2.

Еслив схемах, представленных на рис. 2, исполь­зовать магнито-

/>

Рис. 2, Последовательная (а) и параллель­ная (б)схемы омметров

электрический измерительный механизм, то при соб­люденииусловия U = Const показания будут определяться значе­нием измеряемогосопротивления Rx.Следовательно, шкала может  быть отградуирована в единицах сопротивления.

Для последовательной схемы включения Rx(рис. 2, а)

α= 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 частиуравнений (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. Впоследовательной схеме включения в отли­чие от параллельной, нуль шкалысовмещен с максимальным углом поворота подвижной части. Омметры споследовательной схемой соединения более пригодны для измерения большихсопротивлений, а с параллельной схемой — малых. Обычно омметры выполняют в видепереносных приборов классов точности 1,5 и 2,5. В качестве источника питанияприменяют сухую батарею.

         С течением времени напряжение батареи падает,т. е. условие U = const не выполняется. Вместо этого, трудно выполнимого напрактике условия, поддерживается постоянным значение произ­ведения ВU =const, а следовательно, и SU == const. Для этого в магнитную систему прибора встраиваетсямагнитный шунт в виде ферромагнитной пластинки переменного сечения, шунтирующейра­бочий воздушный зазор. Пластинку можно перемещать с помощью ручки,выведенной на переднюю панель. При перемещении шунта меняется магнитнаяиндукция В.

         Для регулировки омметра с последовательнойсхемой включения перед измерением замыкают накоротко его зажимы с надписью «Rx», и в том случае, еслистрелка не устанавливается на отметке «О», перемещают ее до этой отметки спомощью — шунта. Регулировка омметра с параллельной  схемой включенияпроизводится при отключен­ном резисторе Rx. Вращением рукоятки шунтауказатель устанавливают на  отмётку шкалы соответствующую значению Rx= ∞ .

          Необходимость установки нуля являетсякрупным недостатком рассмотренных омметров. Этого недостатка нет у омметров смагнито­электрическим логометром.

Схема включения логометра в омметре пред­ставлена нарис. 3. В этой схеме 1 и 2— рамки логометра, обладающиесопротивлениями 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 Rxи не зависит от напряжения U.

/>

Рис. 3. Схема включения логомет­ра в омметре.

Конструктивно омметры с логометром выполняют весьмаразно образно в зависимости от требуемого предела измерения, назначения(щитовой или переносный прибор) и т. п.

        Точностьомметров при линейной шкале характеризуется приве­денной погрешностью поотношению к пределу измерения. При нелиней­ной (гиперболической) шкалепогрешности прибора характеризуются. также приведенной погрешностью, %, но поотношению к длине шкалы, выраженной в миллиметрах, т. е; γ=(∆l/lшк)100.

         ВСССР 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...107МОм; γ= 1.5; 2.5%.

Измерение сопротивлений способом вольтметра и амперметра.

      Pис. 4 а и б. Эти способы могут быть применены дляизмерения различных по значению сопротивлений. Достоинство этих схемзаключается в том, что по резистору с измеряемым сопротивлением можнопропускать такой же ток, как и в условиях его работы, что очень важно приизмерениях сопротивлений, значения которых зави­сят от тока.

/>

Рис. 4. Измерение сопротивлений вольтметром -и ам­перметром .                               |

       Измерение сопротивления амперметром ивольтметром основано на использовании закона Ома. Однако если собрать схемы,пока­занные на рис. 4, и установить в цепи измеряемого сопротивления требуемыйусловиями его работы ток, то, отсчитав одновременно показания вольтметра Vи амперметра А, а затем разделив первое на второе, получим лишьприближенное значение измеряемого сопротивления

R’x= U/I.                                    (10)

Действительное значение сопротивления Rxопределится 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), приподсчете 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 Ixпроходящий через резистор с изменяемым сопротивлением Rx но и ток Iv, ответвляющийсяв вольтметр.

       При измерении по схеме рис. 4, б погрешностьпоявляется из-за того, что вольтметр кроме напряжения на резисторе с измеряемымсопротивлением учитывает также значение падения напряжения на амперметре.

       Поскольку в практике измерений этим способомподсчет сопро­тивлений часто производится по приближенной формуле (4), тонеобходимо знать, какую схему следует выбрать для того, чтобы  погрешность быламинимальна.

       Для схемы рис. 4, а относительная погрешность(в процентах)

β=(R’x— Rx)/Rx=( — Rx/(Rx+Rv))*100                (13)

a для схемы рис. 4, б

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

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