Добавочное сопротивление
Для расширения пределов измерения вольтметром применяется так называемое добавочное сопротивление, которое включается последовательно с вольтметром (рис.10).
Если, например, необходимо измерить вольтметром в n раз больше напряжение, то необходимо включить последовательно вольтметру добавочное сопротивление:
Рис.10 | Где rv — сопротивление вольтметра, U — полное подводимое напряжение; Uv — |
напряжение, падающее на вольтметр; r — общее сопротивление (r = ro+rv).
Таким образом, чтобы измерить вольтметром в n раз большее напряжение, необходимо взять добавочное сопротивление в
Измерительные трансформаторы
Измерительные трансформаторы применяются для увеличения пределов измерения приборов переменного тока. Различают измерительные трансформаторы тока и измерительные трансформаторы напряжения.
Измерительный трансформатор тока состоит из первичной обмотки, имеющей число витков n1и выполненной из толстого провода, и вторичной, имеющей относительно большое число витков n2. Амперметр включается во вторичную обмотку (рис.11).
Коэффициент трансформации для данного трансформатора
Рис.11 |
где I1 и I2 — токи в первичной и вторичной обмотках; n1 и n2соответственно
число витков в них.
Из этого выражения видно, что ток, измеряемый во вторичной обмотке, будет в к раз меньше подводимого тока.
Измерительный трансформатор напряжения также состоит из первичной и вторичной обмотки.
Первичная обмотка содержит большое число витков, а вторичная меньше.
Вольтметр включается во вторичную обмотку (рис.12). Коэффициент трансформации трансформатора напряжения:
Рис.12 |
Измерительный трансформатор позволяет подобрать для любого случая соответствующий коэффициент трансформации. Следует отметить весьма важное свойство измерительных трансформаторов – безопасность при измерении высоких напряжений.
Реостаты, потенциометры и магазины сопротивлений
Для измерения силы
тока в цепи часто применяются реостаты.
В зависимости от назначения реостаты
бывают различных видов.
В лабораторной практике иногда применяют ламповые реостаты, состоящие из нескольких ламп, соединенных параллельно. Регулирование силы тока происходит за счет включения в цепь определенного числа ламп. Большое применение получили реостаты со скользящим контактом. Эти реостаты состоят из фарфорового или шиферного цилиндра, на который намотана проволока (или лента), изготовленная из металла с большим удельным сопротивлением. По проводнику может перемещаться контакт (ползунок) D (рис.13), позволяющий постепенно включать в цепь обмотку. Реостат включается в цепь через клемму а, соединенную с ползунком и клеммами в или C (удобнее подключать через клемму С).
Рис.13 | Перемещая
ползунок D
между клеммами С и соединенный с
ползунком клеммой а, можно получить
определенную разность потенциалов в
интервале от 0 до U. |
Измерительным магазином сопротивлений называется набор отдельных катушек сопротивлений, снабженных переключающим устройством, обеспечивающим возможность плавного без разрыва цепи регулирования сопротивления во всем диапазоне его значений.
Рис.14
На рис.14 показаны схемы рычажного магазина сопротивлений и штепсельного магазина с декадами.
Добавочное сопротивление. Область применения, расчет
- admin
- 28.08.2022
- 0 comments
Добавочное сопротивление используется для расширения приделов измерения вольтметров. Вольтметр это прибор, применяемый для измерения напряжения в различных точках цепи. Номинальное напряжение, на который рассчитан вольтметр у разных приборов разное. Но иногда возникает ситуация когда прибор рассчитанный на измерение допустим милливольт а нам необходимо измерять киловольты.
Это некоторый электромеханический прибор, который преобразует ток, проходящий через него в угол отклонение стрелки. При этом шкала проградуирована в измеряемых значениях. В нашем случае в вольтах. В цифровых измерительных приборах такого, конечно, нет, там мы видим цифровое табло, на котором выводятся результаты. Но методика расширения диапазона измерительной части остается прежней.Угол поворота стрелки зависит от тока, протекающего через прибор. Так как сопротивление прибора неизменно то в итоге угол отклонения зависит от напряжения на выводах прибора. Эти выводы необходимо подключить параллельно измеряемому участку цепи. В таком случае вольтметр должен обладать достаточно большим внутренним сопротивлением, чтобы не вносить искажения в работу цепи.
Рисунок 1 — схема подключения вольтметра к участку цепи
На практике сопротивление измерителя должно отличатся хотя бы в 100 раз от сопротивления цепи. Тогда погрешность вносимая прибором будет составлять всего лишь один процент.
Рисунок 2 — подключение вольтметра к цепи через добавочное сопротивление
Добавочное сопротивление изготавливается из материала, у которого стабильный температурный коэффициент сопротивления. То есть при нагревании такого материала его удельное сопротивление не должно изменяться. Иначе во время измерений вследствие нагревания такого сопротивления при прохождении тока через него или от внешней среды погрешность прибора изменятся.
Как правило, в качестве такого материала используют манганин не путать с маргарином. То есть теперь не сама измерительная головка подсоединяется к участку цепи, а наш вольтметр в целом. Внутри которого эта самая головка соединена последовательно с добавочным резистором.
Теперь необходимо рассчитать сопротивление этого резистора, чтобы знать цену деления вольтметра. Для этого сначала нужно определить множитель добавочного сопротивления.
Множитель добавочного сопротивления это отношение, которое показывает во сколько раз то напряжение, которое присутствует на выводах вольтметра больше напряжения поступающего на измерительную головку.
Формула 1 — множитель добавочного сопротивления
Ну а зная этот множитель легко определить и величину добавочного сопротивления
Формула 2 — добавочное сопротивление
Как правило, переносные измерительные приборы снабжаются не одним, а несколькими добавочными сопротивлениями. Таким образом, у них появляются некоторые диапазоны измерений. Это делается для того чтобы повысить универсальность вольтметра чтобы одним прибором можно было измерять значения напряжения в различных цепях.
Прогнозирование сопротивления дополнительных волн на судах при косых волнах на основе данных — сравнение ансамблевых методов на основе деревьев и искусственных нейронных сетей
%PDF-1.
7
%
1 0 объект
>
эндообъект
10 0 объект
/doi (10.1016/j.apor.2021.102964)
/роботы (без индекса)
>>
эндообъект
2 0 объект
>
транслировать
true10.1016/j.apor.2021.1029642010-04-23
НильсенВыпуклая носовая часть играет роль в добавочном сопротивлении на волнах
В последние годы Институт морских исследований Нидерландов (MARIN) исследовал потенциал исходного кода Ренкина для прогнозирования добавочного сопротивления судов на волнах.
В дополнение к исследованию проблем с точностью, присущих измеренному волновому добавочному сопротивлению, исследование также выявило неожиданно большой эффект объемной выпуклой дуги.
Теме добавочного сопротивления на волнах уделяется больше внимания по разным причинам. В первую очередь, констатировать безопасность судов в суровых условиях. Пониженное (будущее) требование к установленной мощности в соответствии с нормами ИМО об индексе энергоэффективности (EEDI) потенциально может противоречить нормам о минимальных требованиях к мощности.
Во-вторых, возможное введение конкретных правил, основанных на выбросах (операционный показатель энергоэффективности (EEOI) с использованием мониторинга, отчетности и проверки выбросов CO2 (MRV) или системы сбора данных IMO о потреблении топлива (IMO DCS)) будет сосредоточено на боевые возможности кораблей. На последнее серьезно влияет добавочное сопротивление в характеристиках судна при волнении. Поскольку выпуклый нос хорошо сочетается с полноблочным кораблем, а последний становится все более популярным при уменьшении скорости корабля, они оба увеличивают дополнительное сопротивление на волнах.
Тот факт, что для некоторых типов судов прогноз с помощью исходного кода MARIN Rankine [1] показал плохую корреляцию с результатами испытаний на мореходность, привел, помимо проблем с точностью в коде и в экспериментах, к обнаружению неожиданно большого роль объемного выпуклого лука в добавленном сопротивлении. Этот вывод, а также тот факт, что в этом случае добавочное сопротивление не следует ожидаемой тенденции с квадратом амплитуды волны, были подтверждены расчетами вычислительной гидродинамики (CFD).
Физика
Фактором, усиливающим эффект бульба, является то, что общее добавочное сопротивление представляет собой относительно небольшую сумму большой силы, направленной назад, действующей вдоль ватерлинии, и ряда сил, действующих вперед, среди которых «подсос» за счет перепада давления второго порядка над средней подводной частью корпуса. Это делает его чувствительным к относительно небольшим изменениям в любом из двух компонентов. Рисунок 1 иллюстрирует этот символ для корпуса контейнеровоза KCS; общее добавочное сопротивление составляет около пятидесяти процентов от «вклада ватерлинии».
Рис. 1. Оценка FATIMA квадратичной передаточной функции добавочного сопротивления корпуса контейнеровоза KCS при регулярном встречном волнении. Контейнеровоз KCS является публично хорошо задокументированным судном, которое использовалось во многих исследованиях.
Основным фактором эффекта бульба является изменение относительной высоты волны в расходящемся потоке в носовой части, см. рис. 2. Влияние усиливается тем фактом, что результирующий вклад ватерлинии в добавочное сопротивление определяется квадрат этой величины.
Рис. 2. Влияние выпуклой носовой части на амплитуду относительного возвышения волны вдоль корпуса.
Валидация
Для проверки результатов расчетов была проведена специальная серия экспериментов с шестиметровой моделью известного контейнеровоза KCS. Для повышения точности была обеспечена постоянная скорость движения путем буксировки модели с помощью гибкого стержня. Используя «режим сопровождения» буксировочной тележки в поперечном направлении, эта полупривязная установка позволяет проводить испытания самоуправляемой, в основном самоходной модели на волнах произвольного направления.
При анализе добавочное сопротивление получают путем вычитания значения суммы средних значений эффективной тяги винта и силы буксировки, полученных на спокойной воде, из значения на волнении. Деление на квадрат амплитуды невозмущенной падающей волны дает квадратичную передаточную функцию (QTF) этой величины.
Из-за неопределенностей в отношении воспроизводимости эталонов для спокойной воды испытания на спокойной воде и волнении проводились попарно на каждой частоте волны; на рис. 3 показаны полученные оценки сопротивления. Первые три теста на коротких волнах, где добавочное сопротивление невелико, дают понять, что точная оценка — дело непростое.
Рис. 3. Оценка сопротивления по результатам серии испытаний на спокойной воде и волнении.
При расчете добавочного сопротивления оценку сопротивления на волнах можно комбинировать с любыми значениями в спокойной воде. Рисунок 4 показывает, что результирующий набор QTF хорошо согласуется с результатом, полученным при использовании локального по времени значения в качестве эталона.
Сравнение результатов экспериментов с результатами расчетов потенциального потока (используемый для этого код называется FATIMA) показывает обнадеживающую корреляцию, за исключением пикового значения. Плохое совпадение вокруг пика было предметом ряда дополнительных тестов, в которых варьировалась амплитуда волны.
Рис. 4. Квадратичная передаточная функция добавочного сопротивления во встречных волнах.
Кроме того, были выполнены расчеты CFD. Результаты на рис. 5 показывают, что в диапазоне низких амплитуд волны результаты CFD и (FATIMA) потенциального потока показывают одинаковую тенденцию. CFD и результаты экспериментов сходятся в том, что на более высоких волнах значения существенно падают. При самой низкой амплитуде эксперименту не хватает разрешения, необходимого для захвата тренда.
Рисунок 5. Влияние амплитуды волны и размера луковицы на пиковое значение QTF.
На рис. 5 также показаны результаты CFD для двух дополнительных колб.
Они подтверждают, что самая большая колба дает относительно высокое добавочное сопротивление в нижнем диапазоне высоты волны. На более высоких волнах эффект выпуклого носа уменьшается. Результаты показывают, что конструкция бульба представляет собой компромисс между преимуществами на спокойной воде и недостатками на волнах, которые зависят от целевого маршрута.
На рис. 6 показано расположение добавочного сопротивления с графиком изменения средней во времени продольной силы над носовой частью исследуемого судна. Результаты нормированы квадратом амплитуды падающей волны. Количество деталей в распределении «давления» в низких волнах, по-видимому, отражает взаимодействие стационарной и нестационарной составляющих потока, полученное в расчетах потенциального потока. В более высоких волнах эти детали и взаимодействие волновых компонент в значительной степени исчезают.
Рис. 6. Влияние амплитуды волны на среднюю продольную силу, действующую на корпус.
Теперь можно предсказать добавочное сопротивление
Современное понимание численных недостатков кода FATIMA в сочетании с экспериментами с особым вниманием к точности и современным CFD в значительной степени решили проблему предсказания добавочного сопротивления корабля в регулярные волны.
