Реферат: Электрическое активное сопротивление

Министерствообразования Российской Федерации

Волгоградскийгосударственный технический университет

Кафедра«Техническая эксплуатация и ремонт автомобиля»

СЕМЕСТРОВАЯРАБОТА

подисциплине «Основы научных исследований»

Тема:Электрическое активное сопротивление

Вариант № 63

Студент: Ветров Алексей Семёнович

Группа: АТ-314

Направление: 5521 «Эксплуатациятранспортных средств»

Преподаватель: Зотов Николай Михайлович

Дата сдачина проверку:_______

Росписьстудента:_______

Волгоград2004 г.

Содержание.

1.

Характеристика заданной физической величины и её применение…………………………………………………….3

2.

Способы,датчики и приборы используемы для измерения заданной величины……………………………..4

·

МостУитстона………………………………………………………………5

·

Омметры……………………………………………………….6

·

Измерениесопротивлений способом вольтметра и амперметра…………………………………………………….8

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

Характеристиказаданной физической величины и

её применение.

Активным,или резистивным, сопротивлением обладает элемент цепи, в котором происходитнеобратимый процесс превращения электрической энергии в тепловую. Активноесопротивление является параметром резистивного элемента в цепи переменноготока. Сопротивление одного и того же повода переменному току (э.д.с. самоиндукцииможно 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 резистивныйэлемент изображается в виде вытянутого прямоугольника.

Явлениеповерхностного эффекта физически можно объяснить (по предложению В. Ф.Миткевича) следующим образом. Цилиндрический проводник сечением Sс переменным током iупрощённоможно представить себе собранным из nполых цилиндров с одинаковой площадьюпоперечного сечения So.Предположим, что ток каждого из цилиндров i=i/nсоздаётвокруг своего цилиндра по одной магнитной линии. В результате наружный слойпроводника будет сцеплен с магнитной линией только своего тока, а каждыйпоследующий в направление к оси – со своей и другими внешними линиями.Наибольшим числом силовых линий окружена сердцевина проводника. Посколькумагнитное поле переменное, в полых цилиндрах будут индуцироваться разные э.д.с.и они будут иметь различные индуктивные сопротивления: наибольшее – внутреннийцилиндр, наименьшее – внешний. Это приводит к тому, что плотность переменноготока в сечении провода не постоянная – в сердцевине минимальная и постепенноувеличивается к наружным слоям.

Врезультате радиального вытеснения переменного тока из внутренних слоёв проводав наружные полезное сечение провода данному току как бы уменьшается, а егосопротивление увеличивается. Соответственно увеличиваются и потери энергии на нагрев провода. Привысоких частотах переменного тока электроны вытесняются из проводника даже наружу – провод излучает часть своейэнергии в виде оранжево- голубого свечения. По этой причине мощные КЛсовременных электропечей выполняются полыми кабелями, а ВЛ – сталеалюминевымипроводами; наружный проводящий слойпоследних делается из алюминия, внутренний – в виде стального троса дляпридания проводу механической прочности.

Посколькумощность пропорциональна квадрату тока, активное сопротивление приёмникаэлектроэнергии определяется мощностью Ри действующим переменным токомI:

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 переменного тока f:

____

k=φ(d√vμaf). (3)

Активное сопротивлении медных и алюминиевыхпроводов небольшого диаметра (до 10 мм)при частоте переменного тока 50 Гц незначительно превышает статистическое(дляних kнемного больше единицы), но существенно большеего в стальных проводах с большоймагнитной проницаемостью ma.

Кпреемникам электроэнергии имеющим практически только активное сопротивлениеотносятся лампы накаливания, резисторы, реостаты, нагревательные приборы,электрические печи сопротивления и бифилярные (безреактивные) катушки,индуктивностью и емкостью которых ввиду их малости можно пренебречь. Такимобразом, в автомобилях электрическоеактивное сопротивление можно встретить в лампах накаливания осветительныхэлементов, а также в электрооборудовании в которых применяются резисторы.

Лампанакаливания электрическая, источник света, в котором преобразованиеэлектрической энергии в световую происходит в результате накаливанияэлектрическим током тугоплавкого проводника. Для автомобилей напряжения ламп накаливания равно напряжениюбортовой сети 12В;24В. Кратковременное включение на напряжение, превышающееноминальное на 15%. выводит лампу из строя. Срок службы до 1000 ч и более,поэтому лампы должны устанавливаться в местах, обеспечивающих лёгкость ихзамены. Световая отдача Л. н. зависит от конструкции, напряжения, мощности ипродолжительности горения и составляет 10-35 лм/Вт.

Резистор(англ. resistor, от лат. resisto — сопротивляюсь), структурный элементэлектрической цепи, основное функциональное назначение которого оказыватьизвестное (номинальное) сопротивление электрическому току с целью регулированиятока и напряжения. В радиоэлектронных устройствах Р. нередко составляют болееполовины (до 80%) всех деталей. Некоторые Р. применяют в качестве электрическихнагревательных элементов. Выпускаемые промышленностью Р. различаются повеличине сопротивления (от 1 ома до 10 Мом), допустимым отклонениям от номинальныхзначений сопротивления (от 0,25 до 20%) и рассеиваемой мощности (от 0,01 до 150вт).

Способы,датчики и приборы используемы для измерения заданной величины.

Воснову любого измерения сопротивления положен закон Ома:

R = U/I. (4)

Исходяиз этого можно определить величину сопротивления R, пропуская известный ток Iчерез 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, Rnи R1, Р2схемы моста. Измеряемое сопротивление Rxможно сравнить ссопротивлением Rnэталонногорезистора изменением отношения R1/R2до тех пор, пока показание нуль- гальванометра Gнестанет равным нулю.

Рис. 1. Мост Уитстона для измерения сопротивлений.

Приэтом

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

Если Rxочень мало (в пределах 1 Ом— 10 мкОм), то переходные сопротивления сравнимы сизмеряемым сопротивлением и вносят значительную погрешность в результатизмерения. В этом случае применяют несколько более сложный мост Томсона,который также прост в эксплуатации.

Мосты Уитстона и Томсона в простом иудобном для пользования исполнении обеспечивают точность измерения порядка 1%;точность лабораторных мостов прецизионного исполнения достигает 10E-6 ивыше. Измерительные мосты упомянутого типа могут быть выполнены с автоматическим уравновешиванием, т. е. в видетак называемых автоматических мостов,в которых ток IGв гальванометре вызываетсрабатывание реверсивного двигателя, изменяющего отношение R1/R2до тех пор, пока оно нестанет равным нулю. Такой мост можетбыть выполнен в виде стрелочного и цифрового измерительного прибора, непосредственноопределяющего Rx.

Для приближенного измерения сопротивленийс точностью 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.Согласнодругому способу при известном напряжении измеряют ток, причем шкалу градуируютнепосредственно 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 электронныхомметров лежат достаточно простые схемы, которые приведены на рис. 2.

Если в схемах, представленных на рис. 2, использоватьмагнито-

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

электрический измерительныймеханизм, то при соблюдении условия U= Constпоказания будутопределяться значением измеряемого сопротивления Rx.Следовательно, шкаламожет быть отградуирована в единицахсопротивления.

Для последовательной схемывключения Rx(рис. 2, а)

α= SU/R+Rx; (6)

а для параллельной схемывключения Rx(рис. 2, б)

a= SU*Rx/(RRx+RД(R+Rx); (7)

где S= Bsw/W — чувствительностьмагнитоэлектрического измерительного механизма.

Так как все значения величин в правойчасти уравнений (6) и (7), кроме Rx,постоянны, то уголотклонения определяется значением Rx.Такой прибор называетсяомметром. Из выражений (6) и (7) следует, что шкалы омметров при обеих схемахвключения неравномерны. В последовательной схеме включения в отличие отпараллельной, нуль шкалы совмещен с максимальным углом поворота подвижнойчасти. Омметры с последовательной схемой соединения более пригодны дляизмерения больших сопротивлений, а с параллельной схемой — малых. Обычноомметры выполняют в виде переносных приборов классов точности 1,5 и 2,5. Вкачестве источника питания применяют сухую батарею.

С течением времени напряжение батареипадает, т. е. условие U = constне выполняется. Вместоэтого, трудно выполнимого на практике условия, поддерживается постояннымзначение произведения ВU = const, а следовательно, и SU== const. Для этого в магнитную систему прибора встраивается магнитный шунт ввиде ферромагнитной пластинки переменного сечения, шунтирующей рабочийвоздушный зазор. Пластинку можно перемещать с помощью ручки, выведенной напереднюю панель. При перемещении шунта меняется магнитная индукция В.

Для регулировки омметра споследовательной схемой включения перед измерением замыкают накоротко егозажимы 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 включения производится при отключенномрезисторе Rx. Вращением рукоятки шунта указатель устанавливают на отмётку шкалы соответствующую значению Rx= ∞ .

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

Схема включения логометра вомметре представлена на рис. 3. В этой схеме 1 и 2— рамки логометра, обладающие сопротивлениями R1и R2; RниRД— добавочные резисторы,постоянно включенные в схему. Так как

I1=U/(R1+Rн); I2=U/(R2+RД+Rx), (8)

Тогда

a= F((R

2+RД+Rx)/(R1+Rн), (9)

т. е. угол отклоненияопределяется значением Rx и не зависит от напряжения U.

Рис. 3. Схема включения логометра в омметре.

Конструктивно омметры слогометром выполняют весьма разно образно в зависимости от требуемого пределаизмерения, назначения (щитовой или переносный прибор) и т. п.

Точность омметров при линейной шкале характеризуетсяприведенной погрешностью по отношению к пределу измерения. При нелинейной(гиперболической) шкале погрешности прибора характеризуются. также приведеннойпогрешностью, %, но по отношению к длине шкалы, выраженной в миллиметрах, т. е;γ=(∆l/lшк)100.

В СССРвыпускается несколько типов электронных омметров. Омметры типов Е6-12, Е6-15имеют структурные схемы, близкие к схемам, приведенным на рис. 2б. Пределыизмерения 0,001—0,003… 100 Ом, приведенная погрешность 1,5—2,5%. Омметрытипов 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 сопротивленийспособом вольтметра и амперметра.

Pис. 4 а и б. Эти способымогут быть применены для измерения различных по значению сопротивлений.Достоинство этих схем заключается в том, что по резистору с измеряемымсопротивлением можно пропускать такой же ток, как и в условиях его работы, чтоочень важно при измерениях 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 значениесопротивления 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 Rxно и ток Iv, ответвляющийся в вольтметр.

При измерении по схеме рис. 4, бпогрешность появляется из-за того, что вольтметр кроме напряжения на резисторес измеряемым сопротивлением учитывает также значение падения напряжения наамперметре.

Поскольку в практике измерений этимспособом 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)

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

aдлясхемы рис. 4, б

β= (R’x-Rx)/Rx=( Ra/Rx)*100 (14)

Как видно из выражений (13)и (14), пользоваться схемой рис. 4аследует в тех случаях, когда сопротивление Rvвольт метра велико посравнению с измеряемым сопротивлением Rx, а схемой рис. 4б — когда сопротивление амперметраRaмало по сравнению с измеряемымсопротивлением. Обычно схему рис. 4a,целесообразнее применять для измерения малых сопротивлении, а схему рис. 4б —больших.

Списокиспользуемой литературы.

1.

Атамалян Э. Г. Приборы иметоды 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. Основыизмерительной 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 / Подред. В. Н. Малиновского –М.: Энергоатомиздат, 1987.

еще рефераты

Еще работы по радиоэлектронике

Реферат по радиоэлектронике

Радиолокационная Головка Самонаведения

29 Августа 2013

Реферат по радиоэлектронике

Самолётная радиолокационная станция ЦД-ЗОТ

25 Июня 2015

Реферат по радиоэлектронике

Система наведения ракеты ФКР-1

25 Июня 2015

Реферат по радиоэлектронике

Печатные излучатели

25 Июня 2015