Тема: Электроизмерительные приборы и измерения электрических величин

Тема: Электроизмерительные приборы и измерения электрических величин

Для оценки работы электротехнических устройств необходимо измерять такие электрические величины, как ток, напряжение, сопротивление, мощность, энергия. Наиболее предпочтительно пользоваться для этих целей методом непосредственного измерения, когда измеряемая величина определяется путем непосредственного отсчета показания измерительного прибора (измерения напряжения — вольтметром, тока — амперметром, сопротивления — омметром, мощности — ваттметром); такое измерение называется прямым.

Если же измеряемую величину можно найти на основании прямых измерений других величин, с которыми измеряемая связана зависимостью, такое измерение считается косвенным. Косвенным считается измерение, например, сопротивления элемента электрической цепи, когда замерам подвергаются напряжение и сила тока. Совершенно очевидно, что косвенное измерение менее точно, чем прямое.

Любой прибор непосредственного измерения состоит из Двух частей: измерительного механизма, предназначенного для преобразования подводимой к нему электрической энергии в механическую энергию перемещения подвижной части с указателем, и измерительной цепи, предназначенной для преобразования измеряемой электрической величины (напряжения, тока и т. д.) в пропорциональную ей величину воздействия на измерительный механизм. Один и тот же измерительный механизм в соединении с различными измерительными цепями может использоваться при измерениях различных величин. Различают несколько систем выполнения измерительных механизмов: магнитоэлектрическая, электромагнитная, электродинамическая, индукционная, электростатическая, тепловая.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Магнитоэлектрическая система включает постоянный магнит и катушку (рамку). Применяется неподвижный магнит и подвижная катушка (рамка) либо наоборот. Пример механизма с магнитом, расположенным внутри рамки, показан на рис. 2.8. Эта система хороша для гальванометров, а при подвижном магните используется в приборах на щитках транспортных средств.

Электромагнитная система содержит неподвижную катушку, создающую магнитное поле, и подвижный ферромагнитный якорь с указателем, причем катушка выполняется круглой и плоской. Эти приборы требуют защиты от внешнего магнитного поля. Они допускают перегрузки, просты и дешевы в изготовлении. С этой системой изготавливаются амперметры и вольтметры в основном переменного тока.

Электродинамическая система использует принцип взаимодействия проводников с токами, для чего используются неподвижная катушка и внутри нее — подвижная с указателем. Данная система применяется в амперметрах, вольтметрах и ваттметрах.

Индукционная система использует вращающееся магнитное поле, создаваемое двумя электромагнитами переменного тока и воздействующее на подвижный алюминиевый диск. Такая система используется в ваттметрах.

Рис. 2.8. Магнитоэлектрический механизм:
1 — магнит; 2 — рамка со стрелкой; 3 — магни- топровод

Электростатическая система использует электростатические силы взаимодействия заряженных электродов для вращения заряженных подвижных пластин относительно заряженных неподвижных. Система пригодна для вольтметров постоянного и переменного тока при измерениях в цепях высоких напряжений при малой мощности.

Тепловая система использует удлинение металлической нити, нагреваемой током. Приборы с данной системой неустойчивы к перегрузкам, чувствительны к температурам извне. Применяются для измерения токов высокой частоты.

Механическая часть всех приборов имеет много общего. По конструкции отсчетного устройства они разделяются на две группы: со стрелочными и световыми указателями. Общей их особенностью является установка подвижной части на растяжках из упругих лент берил- лиевой и оловянно-цинковой бронзы, на осях из алюминиевой трубки с кольцевыми стальными кернами, устанавливаемых в выточках полудрагоценных камней (корунд, агат и др.), и на подвесе из металлической или кварцевой нити.

Для успокоения подвижной части приборов применяются пружинные, магнитоиндукционные и воздушные успокоители.

Раздел 3. Электрические приборы и измерения

Глава 9. Электроизмерительные приборы

9.1. Основные понятия и общие сведения из теории измерений

Показания (сигналы) электроизмерительных приборов используют для оценки работы различных электротехнических устройств и состояния электрооборудования, в частности состояния изоляции. Электроизмери- тельные приборы отличаются высокой чувствительностью, точностью измерений, надежностью и простотой исполнения.

Наряду с измерением электрических величин — тока, напряжения, мощности электрической энергии, магнитного потока, емкости, частоты и т. д. — с их помощью можно измерять и неэлектрические величины.

Показания электроизмерительных приборов можно передавать на дальние расстояния (телеизмерение), они могут использоваться для не- посредственного воздействия на производственные процессы (автомати- ческое регулирование); с их помощью регистрируют ход контролируемых процессов, например путем записи на ленте и т. д.

Применение полупроводниковой техники существенно расширило область применения электроизмерительных приборов.

Измерить какую-либо физическую величину — это значит найти ее значение опытным путем с помощью специальных технических средств.

Для различных измеряемых электрических величин существуют свои средства измерений, так называемые меры. Например, мерами э. д. с. служат нормальные элементы, мерами электрического сопротивления — измерительные резисторы, мерами индуктивности — измерительные ка- тушки индуктивности, мерами электрической емкости — конденсаторы постоянной емкости и т. д.

На практике для измерения различных физических величин приме- няют различные методы измерения. Все измерения в зависимости от способа получения результата делятся на прямые и косвенные. При прямом измерении значение величины получают непосредственно из опытных данных. При косвенном измерении искомое значение величины находят путем подсчета с использованием известной зависимости между этой величиной и величинами, получаемыми на основании прямых измерений. Так, определить сопротивление участка цепи можно путем измерения протекающего по нему тока и приложенного напряжения с последующим подсчетом этого сопротивления из закона Ома. Наиболь- шее распространение в электроизмерительной технике получили методы прямого измерения, так как они обычно проще и требуют меньших затрат времени.

В электроизмерительной технике используют также метод сравнения, в основе которого лежит сравнение измеряемой величины с воспроизводимой мерой. Метод сравнения может быть компенсационным и мостовым. Примером применения компенсационного метода служит из- мерение напряжения путем сравнения его значения со значением э. д. с. нормального элемента. Примером мостового метода является измерение сопротивления с помощью четырехплечной мостовой схемы. Измерения компенсационным и мостовым методами очень точные, но для их прове- дения требуется сложная измерительная техника.

При любом измерении неизбежны погрешности, т. е. отклонения результата измерения от истинного значения измеряемой величины, которые обусловливаются, с одной стороны, непостоянством параметров элементов измерительного прибора, несовершенством измерительного механизма (например, наличием трения и т. д.), влиянием внешних факторов (наличием магнитных и электрических полей), изменением температуры окружающей среды и т. д., а с другой стороны, несовер- шенством органов чувств человека и другими случайными факторами. Разность между показанием прибора А_П и действительным значением измеряемой величины А_д, выраженная в единицах измеряемой величины, называется абсолютной погрешностью измерения:

(9.1)

Величина, обратная по знаку абсолютной погрешности, носит назва- ние поправки:

(9.2)

Для получения истинного значения измеряемой величины необходи- мо к измеренному значению величины прибавить поправку:

(9.3)

Для оценки точности произведенного измерения служит относитель- ная погрешность δ, которая представляет собой отношение абсолютной погрешности к истинному значению измеряемой величины, выраженное обычно в процентах:

(9.4)

Следует отметить, что по относительным погрешностям оценивать точность, например, стрелочных измерительных приборов весьма неудоб-но, так как для них абсолютная погрешность вдоль всей шкалы практически постоянна, поэтому с уменьшением значения измеряемой величины растет относительная погрешность (9.4). Рекомендуется при работе со стрелочными приборами выбирать пределы измерения вели- чины так, чтобы не пользоваться начальной частью шкалы прибора, т. е. отсчитывать показания по шкале ближе к ее концу.

Точности измерительных приборов оценивают по приведенным погрешностям, т. е. по выраженному в процентах отношению абсолют- ной погрешности к нормирующему значению А_н:

(9.5)

Нормирующим значением измерительного прибора называется условно принятое значение измеряемой величины, могущее быть равным верхнему пределу измерений, диапазону измерений, длине шкалы и др.

Погрешности приборов подразделяют на основную, присущую прибору при нормальных условиях применения вследствие несовершен- ства его конструкции и выполнения, и дополнительную, обусловленную влиянием на показания прибора различных внешних факторов.

Нормальными рабочими условиями считают температуру окружаю- щей среды (20 5)°С при относительной влажности (6515)%, атмосферном давлении (75030) мм рт. ст., в отсутствие внешних’ магнитных полей, при нормальном рабочем положении прибора и т. д. В условиях эксплуатации, отличных от нормальных, в электроизмери- тельных приборах возникают дополнительные погрешности, которые представляют собой изменение действительного значения меры (или показания прибора), возникающее при отклонении одного из внешних факторов за пределы, установленные для нормальных условий.

Допустимое значение основной погрешности электроизмерительного прибора служит основанием для определения его класса точности. Так, электроизмерительные приборы по степени точности подразделяются на восемь классов: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0, причем цифра, обозначающая класс точности, указывает на наибольшее допустимое значение основной погрешности прибора (в процентах). Класс точности указывается на шкале каждого измерительного прибора и представляет собой цифру, обведенную кружком.

Шкалу прибора разбивают на деления. Цена деления (или постоян- ная прибора) есть разность значений величины, которая соответ- ствует двум соседним отметкам шкалы. Определение цены деления, например, вольтметра и амперметра производят следующим образом: C_U = U_H/N — число вольт, приходящееся на одно деление шкалы; C_I = I_H/N — число ампер, приходящееся на одно деление шкалы; N — число делений шкалы соответствующего прибора.

Важной характеристикой прибора является чувствительность S, которую, например, для вольтметра S_U и амперметра S_I, определяют следующим образом: S_U = N/U_H — число делений шкалы, приходящееся на 1 В; S_I = N/I_Н — число делений шкалы, приходящееся на 1 А.

Классификация электроизмерительных приборов, условные обозначения на шкалах приборов

Для контроля за правильностью работы электротехнических установок, испытания их, определения параметров электрических цепей, учета расходуемой электрической энергии и т. д. производят различные электрические измерения. В технике связи, как и в технике сильных токов, электрические измерения имеют важное значение. Приборы, с помощью которых измеряются различные электрические величины: ток, напряжение, сопротивление, мощность и т. д., — называются электрическими измерительными приборами.

Существуют большое количество различных электроизмерительных приборов. Наиболее часто при производстве электрических измерений используются: амперметры, вольтметры, гальванометры, ваттметры, электросчетчики, фазометры, фазоуказатели, синхроноскопы, частотомеры, омметры, мегомметры, измерители сопротивления заземления, измерители емкости и индуктивности, осциллографы, измерительные мосты, комбинированные приборы и измерительные комплекты.

Классификация электроизмерительных приборов по принципу действия

По принципу действия электроизмерительные приборы подразделяются на следующие основные типы:

1. Приборы магнитоэлектрической системы , основанные на принципе взаимодействия катушки с током и внешнего магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом.

2. П риборы электродинамической системы , основанные на принципе электродинамического взаимодействия двух катушек с токами, из которых одна неподвижна, а другая подвижна.

3. Приборы электромагнитной системы , в которых используется принцип взаимодействия магнитного поля неподвижной катушки с током и подвижной железной пластинки, нaмагниченной этим полем.

4. Тепловые измерительные приборы , использующие тепловое действие электрического тока. Нагретая током проволока удлиняется, провисает, и вследствие этого подвижная часть прибора получает возможность повернуться под действием пружины, выбирающей образовавшуюся слабину проволоки.

5. Приборы индукционной системы , основанные нa принципе взаимодействия вращающегося магнитного поля с токами, индуктированными этим полем в подвижном металлическом цилиндре.

6. Приборы электростатической системы , основанные на принципе взаимодействия подвижных и неподвижных металлических пластин, заряженных разноименными электрическими зарядами.

7. Приборы термоэлектрической системы , представляющие собой совокупность термопары с каким-либо чувствительным прибором, например магнитоэлектрической системы. Измеряемый ток, проходя через термопару, способствует возникновению термотока, воздействующего на магнитоэлектрический прибор.

8. Приборы вибрационной системы , основанные нa принципе механического резонанса вибрирующих тел. При заданной частоте тока наиболее интенсивно вибрирует тот из якорьков электромагнита, период собственных колебаний которого совпадает с периодом навязанных колебаний.

9. Электронные измерительные приборы — приборы, измерительные цепи которых содержат электронные элементы. Они используется для измерений практически всех электрических величин, а также неэлектрических величин, предварительно преобразованных в электрические.

По типу отсчетного устройства различают аналоговые и цифровые приборы. В аналоговых приборах измеряемая или пропорциональная ей величина непосредственно воздействует на положение подвижной части, на которой расположено отсчетное устройство. В цифровых приборах подвижная часть отсутствует, а измеряемая или пропорциональная ей величина преобразуется в числовой эквивалент, регистрируемый цифровым индикатором.

Индукционный счетчик электроэнергии:

Отклонение подвижной части у большинства электроизмерительных механизмов зависит от значений токов в их катушках. Но в тех случаях, когда механизм должен служить для измерения величины, не являющейся прямой функцией тока (сопротивления, индуктивности, емкости, сдвига фаз, частоты и т. д.), необходимо сделать результирующий вращающий момент зависящим от измеряемой величины и не зависящим от напряжения источника питания.

Для таких измерений применяют механизм, отклонение подвижной части которого определяется только отношением токов в двух его катушках и не зависит от их значений. Приборы, построенные по этому общему принципу, называются логометрами. Возможно построение логометрического механизма любой электроизмерительной системы с характерной особенностью — отсутствием механического противодействующего момента, создаваемого закручиванием пружин или растяжек.

Условные обозначения на вольтметре:

На рисунках ниже приведены условные обозначения электроизмерительных приборов по принципу их действия.

Обозначение принципа действия прибора

Обозначения рода тока

Обозначения класса точности, положения прибора, прочности изоляции, влияющих величин

Классификация электроизмерительных приборов по роду измеримой величины

Электроизмерительные приборы классифицируются и по роду измеряемой ими величины, так как приборы одного и того же принципа действия, но предназначенные для измерения разных величин могут значительно отличаться друг от друга по своей конструкции, не говоря уже о шкале прибора.

В таблице 1 приведен перечень условных обозначений наиболее употребительных электроизмерительных приборов.

Таблица 1. Примеры обозначения единиц измерения, их кратных и дольных значений

Наименование	Обозначение	Наименование	Обозначение
Килоампер	kA	Коэффициент мощности	cos φ
Ампер	A	Коэффициент реактивной мощности	sin φ
Миллиампер	mA	Тераом	TΩ
Микроампер	μA	Мегаом	MΩ
Киловольт	kV	Килоом	kΩ
Вольт	V	Ом	Ω
Милливольт	mV	Миллиом	mΩ
Мегаватт	MW	Микром	μΩ
Киловатт	kW	Милливебер	mWb
Ватт	W	Микрофарада	mF
Мегавар	MVAR	Пикофарада	pF
Киловар	kVAR	Генри	H
Вар	VAR	Миллигенри	mH
Мегагерц	MHz	Микрогенри	μ H
Килогерц	kHz	Градус стоградусной температурной шкалы	o C
Герц	Hz
Градусы угла сдвига фаз	φ o

Классификация электроизмерительных приборов по степени точности

Абсолютной погрешностью прибора называют разность между показанием прибора и истинным значением измеряемой величины.

Например, абсолютная погрешность амперметра равна

где δ (читать «дельта») — абсолютная погрешность в ампеpax, I — показание прибора в амперах, I э — истинное значение измеряемого тока в амперах.

Если I > I э, то абсолютная погрешность прибора положительна, а при I э, она отрицательна.

Поправкой прибора называют величину, которую надо прибавить к показаниям прибора, чтобы получить истинное значение измеряемой величины.

I э = I — δ = I + (-δ)

Следовательно, поправка прибора — величина р авная абсолютной погрешности прибора, но противоположная ей по знаку. Например, если амперметр показал 1 = 5 А, а абсолютная погрешность прибора равна δ =0,1 а, то истинное значение измеряемой величины равно I = 5+ (—0,1) = 4,9 а.

Приведенной погрешностью прибора называется отношение абсолютной погрешности к наибольшему возможному отклонению показателя прибора (номинальному показанию прибора).

Например, для амперметра

β = (δ/In) · 100% = ( (I — I э )/In) · 100%

где β — приведенная погрешность в процентах , In — номинальное показание прибора.

Точность прибора характеризуется величиной его максимальной приведенной погрешности. Согласно ГОСТ 8.401-80 приборы по степени их точности разделяются на 9 классов: 0,02, 0,05, 0,1, 0,2, 0,5, 1,0, 1,5, 2,5 и 4,0. Если, например, данный прибор имеет класс точности 1,5, то это значит, что его максимальная приведенная погрешность равна 1,5%.

Электроизмерительные приборы, имеющие классы точности 0,02, 0,05, 0,1 и 0,2, как наиболее точные, применяются там, где требуется весьма большая точность измерения. Если прибор имеет приведенную погрешность выше 4%, то он считается внеклассным.

Прибор для измерения угла сдвига фаз с классом точности 2,5:

Чувствительность и постоянная измерительного прибора

Чувствительностью прибора называют отношение углового или линейного перемещения указателя прибора, приходящееся на единицу измеряемой величины. Если шкала прибора равномерна, то чувствительность его по всей шкале одинакова.

Например, чувствительность амперметра, имеющего равномерную шкалу, определяется формулой

где S — чувствительность амперметра в делениях на ампер, Δ I — приращение тока в амперах или миллиамперах, Δα — приращение углового перемещения показателя прибора в градусах или миллиметрах.

Если шкала прибора неравномерна, то чувствительность прибора в различных областях шкалы различна, так как одному и тому же приращению (например, тока) будут соответствовать разные приращения углового или линейного перемещения показателя прибора.

Величина, обратная чувствительности прибора, называется постоянной прибора. Следовательно, постоянная прибора — это цена деления прибора, или, иначе, величина, на которую должен быть помножен отсчет по шкале в делениях, чтобы получить измеряемую величину.

Например, если постоянная прибора равна 10 мА/дел (десять миллиампер на деление), то при отклонении его указателя на α = 10 делений измеряемая величина тока равна I = 10 · 10 = 100 мА.

Калибровка измерительных приборов — определение погрешностей или поправок для совокупности значений шкалы прибора путем сравнения в различных сочетаниях отдельных значений шкалы друг с другом. За основу сравнения берется одно из значений шкалы. Калибровка широко применяется в практике точной метрологической работы.

Простейший способ калибровкой — сравнение каждого размера с номинально равным ему (принимаемым за достаточно верный) размером. Это понятие не следует смешивать (как это часто делают) с градуированием (градуировкой) измерительных приборов, представляющим собой метрологическую операцию, при помощи которой делениям шкалы измерительного прибора придаются значения, выраженные в установленных единицах измерения.

Мощность потерь энергии в приборах

Электроизмерительные приборы потребляют при работе энергию, которая в них преобразуется обычно в тепловую энергию. Мощность потерь зависит от режима в цепи, а также от системы и конструкции прибора.

Если измеряемая мощность относительно мала, а следовательно, относительно малы ток или напряжение в цепи, то мощность потерь энергии в самих приборах может заметно влиять на режим исследуемой цепи и показания приборов могут иметь довольно большую погрешность. При точных измерениях в цепях, где развиваемые мощности сравнительно малы, необходимо знать мощность потерь энергии в приборах.

В табл. 2 приведены средние величины мощности потерь энергии в различных системах электроизмерительных приборов.

Глава 3. Электрические измерения и приборы

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ И ПРИБОРЫ

3.1. Роль измерений в электротехнике

В любой области знаний измерения имеют исключительно боль­шое значение, но особенно важны они в электротехнике.

Механические, тепловые, световые явления человек ощущает при помощи своих органов чувств. Мы, хотя и приблизительно, можем оценить размеры предметов, скорость их движения, яркость светящихся тел. Долгое время именно так люди изучали звездное небо.

Но мы с вами совершенно одинаково реагируем на проводник, ток которого равен 10 мА или 1 А (т. е. в 100 раз больше).

Мы видим форму проводника, его цвет, но наши органы чувств не позволяют оценить величину тока. Точно так же мы совершенно равнодушны к магнитному полю, созданному катушкой, электри­ческому полю между обкладками конденсатора. Медицина устано­вила определенное влияние электрических и магнитных полей на организм человека, но это влияние мы не ощущаем, и величину электромагнитного поля оценить не можем.

Исключение составляют только очень сильные поля. Но и здесь неприятное покалывание, которое можно заметить, гуляя око высоковольтной линии передачи, не позволит нам даже приблизительно оценить величину электрического напряжения в линии.

Все это заставило физиков и инженеров с первых шагов исследования и применения электричества пользоваться электроизмерительными приборами.

Приборы — глаза и уши инженера-электрика. Без них он глух и слеп и совершенно беспомощен. Миллионы электроизмерительных приборов установлены на заводах, в научно-исследовательских ла­бораториях. В каждой квартире тоже есть измерительный прибор — электрический счетчик.

Показания (сигналы) электроизмерительных приборов исполь­зуют для оценки работы различных электротехнических устройств и состояния электрооборудования, в частности состояния изоляции. Электроизмерительные приборы отличаются высокой чувствительностью, точностью измерений, надежностью и простотой исполне­ния.

Успехи электроприборостроения привели к тому что его услугами стали пользоваться и другие отрасли. Электрические методы стали при­менять для определения размеров, скоростей, массы, температуры. Появилась даже самостоятельная дисциплина “Электрические изме­рения неэлектрических величин”.

Показания электроизмерительных приборов можно передавать на дальние расстояния (телеизмерение), они могут использоваться для непосредственного воздействия на производственные процессы (ав­томатическое регулирование); с их помощью регистрируют ход кон­тролируемых процессов, например путем записи на ленте и т.д.

Применение полупроводниковой техники существенно расши­рило применение электроизмерительных приборов.

Измерить какую-либо физическую величину — значит найти ее значение опытным путем с помощью специальных технических средств.

Стендовые испытания новейшего оборудования немыслимы без электрических измерений.Так, при испытании турбогенератора мощностью 1200 МВт на заводе “Электросила” измерения производились в 1500 его точках.

Развитие электроизмерительных приборов привело к использо­ванию в них микроэлектроники, что позволяет измерять физичес­кие величины с погрешностью не более 0,005-0,0005 %.

3.2. Основные понятия, термины и определения

Результаты теоретической деятельности без проверки экспери­ментом недостоверны. Измерительная техника при эксперименте дает результаты, которые указывают на качество и количество про­дукции, правильность ведения технологических процессов, распре­деления, потребления и изготовления. При этом электрические из­мерения за счет малого потребления энергии, возможности передачи измерительных величин на расстояние, большой скорости измере­ний и передачи, а также высокой точности и чувствительности ока­зались предпочтительнее.

Электрические измерения и приборы, методы и средства обес­печения их единства, способы достижения требуемой точности — все это относится к метрологии, а принципы и методы установления оптимальных норм и правил взаимодействия — к стандартизации.

В Российской Федерации стандартизация и метрология объедине­ны в единой государственной службе — Государственном комитете стандартов. В 1963 г. ГОСТ 9867-61 ввел Международную систему единиц (СИ) на базе метра (м), килограмма (кг), секунды (с), ам­пера (А), кельвина (К) и канделы (кд).

Вопросы электрических измерений и приборов проще воспри­нимаются, если известны содержание терминов и определений.

Метрология — наука об измерениях, методах и средствах обеспе­чения их единства, способах достижения требуемой точности.

Измерение — нахождение значения физической величины опыт­ным путем с помощью специальных технических средств.

Результат измерения — значение физической величины, найден­ной путем измерения.

Мера — средство измерений, предназначенное для воспроизве­дения физической величины заданного размера (например, едини­цы измерения света — кд).

Измерительный преобразователь — средство измерений для выра­ботки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки (или хранения), но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем. Первичный измерительный преобразователь — датчик.

Измерительный прибор — средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, дос­тупной для непосредственного восприятия наблюдателем.

3.3. Методы измерений. Погрешность измерений

Для различных измеряемых электрических величин существуют свои средства измерений, так называемые меры. Например, мерами ЭДС служат нормальные элементы, мерами электрического сопротивления — измерительные резисторы, мерами индуктивности измерительные катушки индуктивности, мерами электрической емкости — конденсаторы постоянной емкости и т. д.

На практике для измерения различных физических величин применяют различные методы. Последние в зависимости от способа получения результата делятся на прямые и косвенные. При прямом измерении значение величины получают непосредственно из опыт­ных данных. При косвенном измерении искомое значение величины находят путем подсчета с использованием известной зависимости между этой величиной и величинами, получаемыми на основании прямых измерений. Так, определить сопротивление участка цепи можно путем измерения протекающего по нему тока и приложенно­го напряжения с последующим подсчетом этого сопротивления из закона Ома. Наибольшее распространение в электроизмерительной технике получили методы прямого измерения, так как они обычно проще и требуют меньших затрат времени.

В электроизмерительной технике используют также метод срав­нения, в основе которого лежит сравнение измеряемой величины с воспроизводимой мерой. Метод сравнения может быть компенса­ционным и мостовым. Примером применения компенсационного метода служит измерение напряжения путем сравнения его значе­ния со значением ЭДС нормального элемента. Примером мостово­го метода является измерение сопротивления с помощью четырех-плечной мостовой схемы. Измерения компенсационным и мостовым методами очень точные, но для их проведения требуется более сложная измерительная техника.

При любом измерении неизбежны погрешности, т. е. отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величи­ны, которые обусловливаются, с одной стороны, непостоянством параметров элементов измерительного прибора, несовершенством измерительного механизма (например, наличием трения и т. д.), влиянием внешних факторов (наличием магнитных и электричес­ких полей), изменением температуры окружающей среды и т. д., а с другой стороны — несовершенством органов чувств человека и другими случайными факторами. Разность между показанием при­бора А_П и действительным значением измеряемой величины A_D выражается в единицах измеряемой величины и называется абсолютной погрешностью измерения:

Величина, обратная по знаку абсолютной погрешности, носит название поправки:

Для получения истинного значения измеряемой величины необходимо к измеренному значению величины прибавить поправку:

Для оценки точности произведенного измерения служит относительная погрешность δ, которая представляет собой отношение абсолютной погрешности к истинному значению измеряемой величины, выраженное обычно в процентах:

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5
• Следующая »

Электроизмерительные приборы

Измерением называют процесс сравнения измеряемой величины с величиной того же рода, условно принятой за единицу измерения.

Материальный образец единицы измерения, ее дробного или кратного значения называется мерой.

Устройство, предназначенное для сравнения измеряемой величины с единицей измерения или с мерой, называют измерительным прибором.

Меры и приборы, предназначенные для практических измерений, считаются рабочими.

Меры и приборы, предназначенные для хранения или воспроизводства единиц, а также для поверки и градуировки приборов, носят название о б р а з ц о в ы х .

Результат всякого измерения несколько отличается от действительного значения измеряемой величины. Действительное значение измеряемой величины это значение, определяемое при помощи образцовых приборов (образцовых мep ).

Разность между измеренным и действительным значением величины составляет абсолютную погрешность измерения. Выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности к действительному или измеренному значению представляет собой относительную погрешность, которая применяется для оценки ка чества измерения.

Пример 7-1. При измерении тока найдено I ₁ = 41 а. Действительное значение тока I = 40 а.

Абсолютная погрешность измерения

∆I = I₁ — I =41— 40 = Ia . Относительная погрешность

γ_изм = ( ∆I/I) • 100% = (1/40 ) • 100% = 2,5%

КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Электроизмерительные приборы делятся на п р и б о р ы непосредственной оценки и приборы сравнения.

К приборам непосредственной оценки, например, относятся: амперметр, ваттметр, счетчик, т. е. приборы, дающие численное значение измеряемой величины по их отсчетному приспособлению.

Прибор сравнения применяется для сравнения измеряемой величины с мерой, например мост для измерения сопротивлений.

При т ехнических измерениях чаще применяют приборы непосредственной оценки, как более простые, дешевые и требующие мало времени для измерения.

Приборы сравнения используются для более точных измерений и для измерения неэлектрических величин.

В табл. 7-1 дано деление электроизмерительных приборов по роду измеряемой величины. В табл. 7-2 дано деление приборов по их системам, т. е. по принципу их устройства и действия.

Разнообразие систем измерительных приборов обладающих различными свойствами, вызвано разнообразием условий и требований при измерении электрических величину.

По степени точности электроизмерительные приборы непосредственной оценки (ГОСТ 1845-59) делятся на восемь классов точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5 и 4. На шкалах приборов число класса точности пишется внутри окружности.

Число класса точности прибора обозначает основную, допустимую, приведенную погрешность прибора. Основной допустимой приведенной погрешностью называется выраженное в процентах отношение наибольшей допускаемой по стандарту абсолютной погрешности прибора (∆x), находящегося в нормальных условиях эксплуатации, к номинальной величине (x_и) прибора.

Таблиц 7-1

Электроизмерительные приборы и их условные обозначения

Род измеряемой величины	Название приборов	Условное обозначение
Ток	Миллиамперметр, амперметр, килоамлерметр	ma, A, kA
Напряжение	Милливольтметр, вольтметр, киловольтметр	mV, V, kV
Электрическая мощность	Ваттметр, киловаттметр	W, kW
Электрическая энергия	Счетчики активной и реактивной энергии	Wh, VARh
Сдвиг фаз	Фазометр	φ
Частота	Частотомер	Hz
Электрическое сопротивление	Омметр, мегомметр	Ω, MΩ

Прибор находится в нормальных условиях, если установлен в положение, указанное на шкале прибора (табл. 7-2), находится в среде с нормальной температурой (+20 ° С) и не подвергается действию внешнего магнитного поля (кроме земного).

Номинальной величиной измерительного прибора называется верхний предел измерения его. Следовательно, приведенная погрешность прибора

Погрешность может быть положительной или отрицательной.

Относительной погрешностью при измерении прибором величины х₁ называют выраженное в процентах отношение наибольшей возможной абсолютной погрешности прибора ∆х к измеренному значению величины

Умножив и разделив последнее выражение на номинальную величину прибора, получим:

Таким образом, погрешность измерения равна погрешности прибора, умноженной на отношение номинальной величины прибора, к измеренному значению.

Пример 7-2. Амперметром с номинальным током I _н = 25 а, класса точности 1 ,5 измерен ток I ₁ = 15 а. Определить погрешность при измерении тока.

Наибольшая возможная погрешность при измерении тока

Чем меньше измеряемая величина по сравнению с номинальной величиной прибора, тем больше погрешность измерения этой величины; следовательно, измеряемая величина должна иметь значение не меньше половины номинальной величины прибора.

Статья на тему Электроизмерительные приборы

Тема: Электроизмерительные приборы и измерения электрических величин

Лабораторная работа №1

Ознакомление с электроизмерительными приборами и измерениями электрических величин.

Изучение электроизмерительных приборов, используемых в лабораторных работах, выполняемых на стенде. Получение представлений о пределе измерения и цене деления, абсолютной и относительной погрешности, условиях эксплуатации и других характеристиках стрелочных электроизмерительных приборов, получение навыков работы с цифровыми измерительными приборами.

2. Краткие теоретические сведения.

Контроль работы электрооборудования осуществляется с помощью разнообразных электроизмерительных приборов. Наиболее распространенными электроизмерительными приборами являются приборы непосредственного отсчета. По виду отсчетного устройства различают аналоговые (стрелочные) и цифровые измерительные приборы.

На лицевой стороне стрелочных приборов изображены условные обозначения, определяющие классификационную группу прибора. Они позволяют правильно выбрать приборы и дают некоторые указания по их эксплуатации.

В цепях постоянного тока для измерений токов и напряжений применяются в основном приборы магнитоэлектрической системы. Принцип действия таких приборов основан на взаимодействии магнитного поля постоянного магнита и измеряемого тока, протекающего по катушке. Угол поворота стрелки α прямо пропорционален измеряемому току I: α = К × I. Шкалы магнитоэлектрических приборов равномерные.

В измерительных механизмах электромагнитной системы, применяемых для измерений в цепях переменного и постоянного тока, вращающий момент обусловлен действием магнитного поля измеряемого тока в неподвижной катушке прибора на подвижный ферромагнитный якорь. Угол поворота стрелки α здесь пропорционален квадрату тока: α = К × 2I. Поэтому шкала электромагнитных приборов обычно неравномерная, что является недостатком этих приборов. Начальная часть шкалы не используется для измерений. Для измерений токов и напряжений в цепях переменного тока применяются также приборы выпрямительной системы. Такие приборы содержат выпрямительный преобразователь и магнитоэлектрический измерительный механизм. Они имеют более линейную шкалу, чем приборы электромагнитной системы и достаточно широкий частотный диапазон.

Для практического использования стрелочного измерительного прибора необходимо знать его предел измерений (номинальное значение) и цену деления (постоянную) прибора. Предел измерений – это наибольшее значение электрической величины, которое может быть измерено данным прибором. Это значение обычно указано на лицевой стороне прибора. Один и тот же прибор может иметь несколько пределов измерений. Ценой деления прибора называется значение измеряемой величины, соответствующее одному делению шкалы прибора. Цена деления прибора — С легко определяется как отношение предела измерений A_НОМ к числу делений шкалы N:

На лицевой стороне стрелочных прибора указывается класс точности, который определяет приведенную относительную погрешность прибора γ_ПР.

Приведенная относительная погрешность прибора – это выраженное в процентах отношение максимальной для данного прибора абсолютной погрешности ΔА к номинальному значению прибора (пределу измерений) A_НОМ:

Промышленность в соответствии с ГОСТ выпускает приборы с различными классами точности (0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,5; 2,5; 4,0).

Зная класс точности прибора, можно определить абсолютную ΔА и относительную погрешности измерения γ_ИЗМ, а также действительное значение измеряемой величины A_Д:

Расчетную относительную погрешность измерения в любой точке шкалы прибора можно определить, полагая, что его допустимая абсолютная погрешность ΔА известна и постоянна:

где А_ИЗМ – условное измеренное значение величины, задаваемое в пределах

шкалы прибора от минимального значения до номинального значения данного прибора. Обратить внимание на значение относительной погрешности измерения, соответствующее предельному значению измеряемой величины, и сравнить его с классом точности прибора.

Нетрудно сделать вывод, что относительная погрешность измерения тем больше, чем меньше измеряемая величина по сравнению с номинальным значением прибора. Поэтому желательно не пользоваться при измерении начальной частью шкалы стрелочного прибора.

Для обеспечения малой методической погрешности измерения необходимо, чтобы сопротивление амперметра было значительно меньше сопротивления нагрузки, а сопротивление вольтметра было значительно больше сопротивления исследуемого участка.

В табл. 1 приведены некоторые условные обозначения, приводимые на лицевых панелях стрелочных измерительных приборов, определяющие их свойства и условия эксплуатации.

При проведении измерений в электрических цепях широкое применение получили цифровые измерительные приборы, например мультиметры – комбинированные цифровые измерительные приборы, позволяющие измерять постоянное и переменное напряжение, постоянный и переменный ток, сопротивления, проверять диоды и транзисторы. Представление результата измерения происходит на цифровом отсчетном устройстве в виде обычных удобных для считывания десятичных чисел. Наибольшее распространение в цифровых отсчетных устройствах мультиметров получили жидкокристаллические и светодиодные индикаторы. В лабораторном стенде используются цифровые приборы для измерения постоянных и переменных токов, а также цифровой измеритель мощности. Для переключения режима работы цифровых амперметров стенда (РА1, РА2, РА3 и РА4) на его передней панели установлен тумблер, который для измерения постоянного тока следует установить в позицию «=», для измерения действующих значений переменных токов – в позицию «

». Для измерения постоянного тока входная клемма (+) цифрового амперметра выделена красным цветом.

Цифровой измеритель мощности предназначен для измерения параметров электрической цепи:

– действующего значения напряжения U (True RMS) в диапазоне 0…30 В;

– действующего значения тока I (True RMS) в диапазоне 0…300 мА;

– активной мощности P в диапазоне 0…600 Вт;

– частоты f в диапазоне 35…400 Гц;

– угла сдвига фаз ϕ (Fi) между током и напряжением.

Условное графическое обозначение

Содержание условного обозначения

Наименование измеряемой величины (ампер, вольт, ватт, ом, герц, коэффициент мощности, фарада, генри)

Магнитоэлектрический измерительный механизм

Электромагнитный измерительный механизм

Магнитоэлектрический измерительный механизм с выпрямителем

0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,5; 2,5; 4,0

Класс точности прибора

Рабочее положение шкалы прибора:

под углом, например 60°

Прибор предназначен для работы

в цепи постоянного тока;

постоянного и переменного;

в трехфазной цепи переменного тока

А (или отсутствие буквы) – прибор для сухих отапливаемых помещений с температурой +10°С …+35°С и влажности до 80% при 30°С;

Б – прибор для закрытых не отапливаемых помещений с температурой — 30°С …+40°С и влажности до 90% при 30°С;

B – приборы для полевых и морских условий:

В1 – при температуре -40°С … +50°С и В2 – при температуре -50°С … +60°С и влажности до 95% при 35°С;

В3 – при температуре -40°С … +50°С и влажности до 98% при 40°С

Измерительная цепь прибора изолирована от корпуса и испытана напряжением, например, 2 кВ

Рабочий частотный диапазон прибора

– клеммы подачи входного измеряемого сигнала (генератора): клемму «Вх» и общую клемму, клеммы подключения потребителя (нагрузки): клемму «Вых» и общую клемму. Шунт для измерения тока нагрузки подключен между клеммами «Вх» и «Вых»;

– жидкокристаллический четырехстрочный индикатор для вывода информации;

– кнопку «f/cosϕ/ϕ» изменения вывода информации в четвертой строке индикатора (соответственно, частоты, коэффициента мощности cosϕ или угла сдвига фаз Fi между током и напряжением).

С задней стороны прибора установлены розетка для подключения питания сети и колодка предохранителя.

С помощью кнопки «f/cosϕ/ϕ» можно изменять вывод информации в четвертой строке индикатора. Для вывода требуемого параметра в четвертой строке индикатора кнопку необходимо нажать на 1…2 секунды.

Изменения схемы подключения прибора и лабораторной установки выполнять при выключенном питании прибора . В противном случае возможны изменения показаний прибора, а также возникновение нарушений в работе индикатора прибора.

3. Порядок выполнения работы.

3.1. Изучение паспортных характеристик стрелочных электроизмерительных приборов. Для этого внимательно рассмотреть лицевые панели стрелочных амперметров и заполнить табл. 2.

Характеристика электроизмерительного прибора

Характеристика средств измерения электрических величин

Средства измерения электрических величин

Измерением называется процесс нахождения опытным путем значения физической величины с помощью специальных технических средств. Электроизмерительные приборы широко используются при наблюдении за работой электроустановок, при контроле за их состоянием и режимами работы, при учете расхода и качества электрической энергии, при ремонте и наладке электротехнического оборудования.

Электроизмерительными приборами называют средства электрических измерений, предназначенные для выработки сигналов, функционально связанных с измеряемыми физическими величинами в форме, доступной для восприятия наблюдателем или автоматическим устройством.

Электроизмерительные приборы делятся:

• по виду получаемой информации на приборы для измерения электрических (ток, напряжение, мощность и др.) и неэлектрических (температура, давление и др.) величин;
• по методу измерения — на приборы непосредственной оценки (амперметр, вольтметр и др.) и приборы сравнения (измерительные мосты и компенсаторы);
• по способу представления измеряемой информации — на аналоговые и дискретные (цифровые).

Наибольшее распространение получили аналоговые приборы непосредственной оценки, которые классифицируются по признакам: род тока (постоянный или переменный), род измеряемой величины (ток, напряжение, мощность, сдвиг фаз), принцип действия (магнитоэлектрические, электромагнитные, электро- и ферродинамические), класс точности и условия эксплуатации.

Для расширения пределов измерения электрических приборов на постоянном токе используются шунты (для тока) и добавочные сопротивления Rd (для напряжения); на переменном токе трансформаторы тока (тт) и напряжения (тн).

Используемые приборы для измерения электрических величин.

Измерение напряжения осуществляется вольтметром (V), подключаемым непосредственно на зажимы исследуемого участка электрической цепи.

Измерение тока осуществляется амперметром (А), включаемым последовательно с элементами исследуемой цепи.

Измерение мощности (W) и сдвига фаз () в цепях переменного тока производится с помощью ваттметра и фазометра. Эти приборы имеют две обмотки: неподвижную токовую, которая включается последовательно, и подвижную обмотку напряжения, включаемую параллельно.

Для измерения частоты переменного тока (f) применяются частотометры.

Для измерения и учета электрической энергии — счетчики электрической энергии, подключаемые к измерительной цепи аналогично ваттметрам.

Основными характеристиками электроизмерительных приборов являются: погрешность, вариации показаний, чувствительность, потребляемая мощность, время установления показаний и надежность.

Основными частями электромеханических приборов являются электроизмерительная цепь и измерительный механизм.

Измерительная цепь прибора является преобразователем и состоит из различных соединений активного и реактивного сопротивлений и других элементов в зависимости от характера преобразования. Измерительный механизм преобразует электромагнитную энергию в механическую, необходимую для углового перемещения его подвижной части относительно неподвижной. Угловые перемещения стрелки а функционально связано с крутящим и противодействующим моментом прибора уравнением преобразования вида:

к — конструктивная постоянная прибора;

— электрическая величина, под действием которой стрелка прибора отклоняется на угол

На основании данного уравнения можно утверждать, что если:

1. входная величина Х в первой степени (п=1), то а будет менять знак при изменении полярности, и на частотах, отличных от 0, прибор работать не может;
2. n=2, то прибор может работать как на постоянном, так и на переменном токе;
3. в уравнение входит не одна величина, то в качестве входной можно выбирать любую, оставляя остальные постоянными;
4. две величины являются входными, то прибор можно использовать в качестве множительного преобразователя (ваттметр, счетчик) или делительного (фазометр, частотометр);
5. при двух или более входных величинах на несинусоидальном токе прибор обладает свойством избирательности в том смысле, что отклонение подвижной части определяется величиной только одной частоты.

Общими элементами являются: отсчетное устройство, подвижная часть измерительного механизма, устройства для создания вращающего, противодействующего и успокаивающего моментов.

Отсчетное устройство имеет шкалу и указатель. Интервал между соседними метками шкалы называют делением.

Цена деления прибора представляет собой значение измеряемой величины, вызывающее отклонение стрелки прибора на одно деление и определяется зависимостями:

Шкалы могут быть равномерными и неравномерными. Область между начальным и конечным значениями шкалы называют диапазоном показаний прибора.

Показания электроизмерительных приборов несколько отличаются от действительных значений измеряемых величин. Это вызвано трением в измерительной части механизма, влиянием внешних магнитных и электрических полей, изменением температуры окружающей среды и т.д. Разность между измеренным Аи и действительным Ад значениями контролируемой величины называется абсолютной погрешностью измерений:

Так как абсолютная погрешность не дает представления о степени точности измерений, то используют относительную погрешность:

Поскольку действительное значение измеряемой величины при измерении неизвестно, для определения и можно воспользоваться классом точности прибора.

Амперметры, вольтметры и ваттметры подразделяются на 8 классов точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0. Цифра, обозначающая класс точности, определяет наибольшую положительную или отрицательную основную приведенную погрешность, которую имеет данный прибор. Например, для класса точности 0,5 приведенная погрешность составит ±0,5%.

Технические характеристики амперметров

Наименование параметра	Амперметры Э47	Вольтметры Э47
Система	электромагнитная	электромагнитная
Способ вывода информации	аналоговый	аналоговый
Диапазон измерений	0. 3000 А	0. 600 В
Способ установки	на панель щита	на панель щита
Способ включения	100 А-через трансформатор тока с вторичным током 5 А	непосредственный
Класс точности	1,5	1,5
Предел допускаемой основной погрешности приборов, %	±1,5	±1,5
Номинальное рабочее напряжение, не более	400 В	600 В
Допустимая длительная перегрузка (не более 2 ч)	120% от конечного значения диапазона измерений	120% от конечного значения диапазона измерений
Средняя наработка до отказа, не менее, ч	65000	65000
Средний срок службы, не менее, лет	8	8
Температура окружающего воздуха, °С	20±5	20±5
Частота измеряемой величины, Гц	45. 65	45. 65
Положение монтажной плоскости	вертикальное	вертикальное
Габариты, мм	72x72x73,5 96x96x73,5	72x72x73,5 96x96x73,5

Электроизмерительные приборы (амперметры и вольтметры) серии Э47

Применяются в низковольтных комплектных устройствах в распределительных электрических сетях жилых, коммерческих и производственных объектов.

Амперметры Э47 — аналоговые электромагнитные электроизмерительные приборы — предназначены для измерения силы тока в электрических цепях переменного тока.

Вольтметры Э47 — аналоговые электромагнитные электроизмерительные приборы — предназначены для измерения напряжения в электрических цепях переменного тока.

Широкий диапазон измерений: амперметры до 3000 А, вольтметры до 600 В. Класс точности 1.5.

Амперметры, рассчитанные на измерение токов выше 50 А подключают к измеряемой цепи через трансформатор тока с номинальным вторичным рабочим током 5 А.

Принцип действия амперметров и вольтметров серии Э47

Амперметры и вольтметры Э47 относятся к приборам с электромагнитной системой. В составе имеют круглую катушку с помещенными внутрь подвижным и неподвижным сердечниками. При протекании тока через витки катушки, создается магнитное поле, намагничивающее оба сердечника. Вследствие чего.

одноименные полюса сердечников отталкиваются, и подвижный сердечник поворачивает ось со стрелкой. Для защиты от негативного влияния внешних магнитных полей, катушка и сердечники защищены металлическим экраном.

Принцип действия приборов магнитоэлектрической системы основан на взаимодействии поля постоянного магнита и проводников с током, а электромагнитной — на втягивании стального сердечника в неподвижную катушку при существовании в ней тока. Электродинамическая система имеет две катушки. Одна из катушек, подвижная, укрепляется на оси и располагается внутри неподвижной катушки.

Принцип действия прибора, возможность его работы в тех или иных условиях, возможные предельные погрешности прибора могут быть установлены по условным обозначениям, нанесенным на циферблат прибора.

Например: (А) — амперметр; (

) — переменный ток в пределах от 0 до 50А; () — вертикального положения, класс точности 1,0 и т.д.

Измерительные трансформаторы тока и напряжения имеют ферромагнитные магнитопроводы, на которых располагаются первичные и вторичные обмотки. Число витков вторичной обмотки всегда больше первичной.

Зажимы первичной обмотки трансформатора тока обозначают буквами Л1 и Л2 (линия), а вторичной — И1 и И2 (измерение). По правилам техники безопасности один из зажимов вторичной обмотки трансформатора тока, так же, как и трансформатора напряжения, заземляют, что делается на случай повреждения изоляции. Первичную обмотку трансформатора тока включают последовательно с объектом, у которого проводят измерения. Сопротивление первичной обмотки трансформатора тока мало по сравнению с сопротивлением потребителя. Вторичная обмотка замыкается на амперметр и токовые цепи приборов (ваттметр, счетчик и т. д.). Токовые обмотки ваттметров, счетчиков и реле рассчитывают на 5А, вольтметры, цепи напряжения ваттметров, счетчиков и обмоток реле — на 100 В.

Сопротивления амперметра и токовых цепей ваттметра невелики, поэтому трансформатор тока работает фактически в режиме короткого замыкания. Номинальный ток вторичной обмотки равен 5А. Коэффициент трансформации трансформатора тока равен отношению первичного тока к номинальному току вторичной обмотки, а у трансформатора напряжения — отношению первичного напряжения ко вторичному номинальному.

Сопротивление вольтметра и цепей напряжения измерительных приборов всегда велико и составляет не менее тысячи Ом. В связи с этим трансформатор напряжения работает в режиме холостого хода.

Показания приборов, включенных через трансформаторы тока и напряжения, необходимо умножать на коэффициент трансформации.

Трансформаторы тока ТТИ

Трансформаторы тока ТТИ предназначены: для применения в схемах учета электроэнергии при расчетах с потребителями; для применения в схемах коммерческого учета электроэнергии; для передачи сигнала измерительной информации измерительным приборам или устройствам защиты и управления. Корпус трансформатора выполнен неразборным и опломбирован наклейкой, что делает невозможным доступ ко вторичной обмотке. Клеммные зажимы вторичной обмотки закрываются прозрачной крышкой, что обеспечивает безопасность при эксплуатации. Кроме того, крышку можно опломбировать. Это особенно важно в схемах учета электроэнергии, так как позволяет исключить несанкционированный доступ к клеммным зажимам вторичной обмотки.

Встроенная медная луженая шина у модификации ТТИ-А — дает возможность подключения как медных, так и алюминиевых проводников.

Номинальное напряжениe — 660 В; номинальная частота сети — 50 Гц; класс точности трансформатора 0,5 и 0,5S; номинальный вторичный рабочий ток — 5А.

Технические характеристики трансформаторов ТТИ

Модификации трансформаторов	Номинальный первичный ток трансформатора, А
ТТИ-А	5; 10; 15; 20; 25; 30; 40; 50; 60; 75; 80; 100; 120; 125; 150; 200; 250; 300; 400; 500; 600; 800; 1000
ТТИ-30	150; 200; 250; 300
ТТИ-40	300; 400; 500; 600
ТТИ-60	600; 750; 800; 1000
ТТИ-85	750; 800; 1000; 1200; 1500
ТТИ-100	1500; 1600; 2000; 2500; 3000
ТТИ-125	1500; 2000; 2500; 3000; 4000; 5000

Электронные аналоговые приборы представляют собой сочетание различных электронных преобразователей и магнитоэлектрического прибора и служат для измерения электрических величин. Они обладают высоким входным сопротивлением (малым потреблением энергии от объекта измерения) и высокой чувствительностью. Используются для измерения в цепях повышенной и высокой частоты.

Принцип действия цифровых измерительных приборов основан на преобразовании измеряемого непрерывного сигнала в электрический код, отображаемый в цифровой форме. Достоинствами являются малые погрешности измерения (0.1-0,01 %) в широком диапазоне измеряемых сигналов и высокое быстродействие от 2 до 500 измерений в секунду. Для подавления индустриальных помех они снабжены специальными фильтрами. Полярность выбирается автоматически и указывается на отсчетном устройстве. Содержат выход на цифропечатающее устройство. Используются как для измерения напряжения и тока, так и пассивных параметров — сопротивление, индуктивность, емкость. Позволяют измерять частоту и ее отклонение, интервал времени и число импульсов.

Тема: Электроизмерительные приборы и измерения электрических величин

Для контроля за правильной эксплуатацией электрических установок необходимо систематически проводить измерения электрических величин, характеризующих работу этих установок. Этот контроль осуществляют электроизмерительные приборы.

Принцип измерения электрических величин был впервые предложен основоположником русской науки М. В. Ломоносовым, который экспериментально пришел к выводу, что «электричество взвешено быть может». Первый электроизмерительный прибор был построен в России современником Ломоносова Г. В. Рихманом. Это был электрометр со шкалой и стрелкой, принцип действия которого положен в основу устройства большинства современных приборов.

До революции в России имелось только два завода, выпускавших электроизмерительные приборы (в Петербурге и Харькове). В настоящее время промышленность Советского Союза выпускает огромное количество различных электроизмерительных приборов, обеспечивая не только нужды страны, но и поставляя их на мировой рынок.

§ 2.2. КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Электроизмерительные приборы классифицируют по следующим признакам:

1. По роду измеряемой величины: для измерения тока — амперметры, миллиамперметры, гальванометры; для измерения напряжения — вольтметры, милливольтметры, гальванометры; для измерения мощности — ваттметры, киловаттметры; для измерения энергии — счетчики; для измерения сдвига фаз и коэффициента мощности — фазометры; для измерения частоты — частотометры; для измерения сопротивлений — омметры и мегомметры и т. д.

2. По роду измеряемого тока: для измерения в цепях постоянного, переменного, постоянного и переменного токов, а также в трехфазных цепях.

3. По степени точности: приборы делят на восемь классов точности — 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5. Номер класса означает процент допустимой приведенной погрешности. Так, приборы

класса точности 1,5 имеют допустимую приведенную погрешность 1,5% и т. д. Приборы, имеющие погрешности более 4,0%, считаются внеклассными (это щитовые и учебные приборы и т. д.). Приборы классов точности 0,05; 0,1; 0,2 и 0,5 используются для более точных измерений как контрольные (для проверки других приборов) и как лабораторные.

4. По принципу действия: магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, индукционные, тепловые, термоэлектрические, электростатические, электронные, электролитические, фотоэлектрические.

Согласно ГОСТу, электроизмерительные приборы должны удовлетворять следующим требованиям:

а) погрешность прибора не должна превышать его класс точности и изменяться в процессе эксплуатации;

б) на показания прибора не должны влиять внешние электрические поля и изменения температуры;

в) шкала или ее рабочая часть должны быть по возможности равномерной и проградуированной в практических единицах;

г) прибор должен иметь хорошую успокоительную систему, чтобы колебания стрелки прибора быстро прекращались (затухали);

д) прибор должен быть стойким к перегрузкам и иметь хорошую изоляцию.

Электрические измерения и электроизмерительные приборы.

Данный урок электротехники проводится в учебной группе по программе среднего профессионального образования (СПО).Целью урока является: дать общее представление об элктроизмерительных приборах: классификации их, классе точности, группе эксплуатации,электроизмерительных системах. раскрываются достоинства, недостатки и область применения электроизмерительных приборов.

Просмотр содержимого документа
«Электрические измерения и электроизмерительные приборы. »

Тема урока: Электрические измерения и электроизмерительные приборы. Слайд 1

Образовательная: Дать общее представление об электроизмерительных приборах: классификация,

класс точности, группы эксплуатации, электроизмерительные системы:

магнитоэлектрическая, электродинамическая, электромагнитная,

электростатическая, индукционная, ферромагнитная, термоэлектрическая,

детекторная, вибрационная. Достоинства, недостатки и область применения

Развивающая: развивать техническое мышление учащихся, умение анализировать, сопоставлять

полученные результаты, делать соответствующие выводы.

Воспитательная: воспитывать познавательную потребность и интерес к предмету.

Организация начала урока

Постановка цели

Какие измерительные приборы вы знаете? (амперметр, вольтметр, мультиметр и др.)

Для измерения, каких величин предназначены эти приборы?

На уроках физики вы уже сталкивались с электроизмерительными приборами. Но мало кто из вас знает, как они устроены и как они работают. Сегодня на уроке мы с вами ознакомимся с устройством основных электрических измерительных приборов и принципом их работы.

Новый материал

Электроизмерительные приборы — класс устройств, применяемых для измерения различных электрических величин. Слайд 2

Классификация электроизмерительных приборов. Слайд 3

Электроизмерительные приборы разнообразны по назначению, конструктивному оформлению, принципу действия и техническим характеристикам. Чтобы получить необходимую и достаточную характеристику каждого электроизмерительного прибора, установлена специальная система их маркировки. Слайды 4-5

На шкале каждого прибора наносятся следующие обозначения:

Обозначение единицы измеряемой величины.

Условное обозначение системы прибора (или принципа действия прибора).

Обозначение класса точности прибора.

Условное обозначение положения прибора.

Условное обозначение степени защищенности от магнитных и других влияний.

Величина испытательного напряжения изоляции измерительной цепи по отношению к корпусу.

Год выпуска и заводской номер.

Обозначение рода тока.

Значение силы тока, соответствующее определенным значениям напряжения, и значения напряжения, соответствующие определенным значениям силы тока.

По наименованию единицы измеряемой величины. Слайд 6

На шкале прибора пишут полное его наиме­нование или начальную латинскую букву единицы изме­ряемой величины, например: амперметр — А, вольт­метр — V, ваттметр — W и т. д.

К ус­ловной букве наименования прибора может быть добавле­но обозначение кратности основной единицы: миллиам­пер — mА, киловольт — kV, мегаватт — MW и т. д.

По принципу действия прибора Слайд 7

По классу точности. Слайд 8

Класс точности прибора обо­значают числом, равным допускаемой приведенной погреш­ности, выраженной в процентах. Выпускают приборы сле­дующих классов точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0. Для счетчиков активной анергии шкала классов точ­ности несколько другая: 0,5; 1,0; 2,0; 2,5. Цифру, обозна­чающую класс точности, указывают на шкале прибора.

Класс точности прибора определяет основную погреш­ность прибора, которая обусловлена его конструкцией, технологией изготовления и имеет место при нормальных условиях эксплуатации (определенные диапазоны темпе­ратуры и влажности, отсутствие внешних электрического и магнитного полей и вибрации, правильная установка и т. д.). Если условия эксплуатации отличаются от нор­мальных, то возникают дополнительные погрешности, ко­торые могут иметь как отрицательное, так и положитель­ное значение и которые влияют на точность измерения.

Положение прибора Слайд 9

По степени защищенности от внешних магнитных полей. Слайд 10

Испытательное напряжение Слайд 11

По роду тока. Слайд 12

Эта классификация позволяет опре­делить, в цепях какого тока можно применять данный прибор. На приборах переменного тока указывают номиналь­ное значение частоты или диапазон частот, при которых их применяют, например, 20-50-120 Гц; 45-550 Гц; при этом подчеркнутое значение является номинальным для данного прибора.

Если на приборе не указан диапазон рабочих частот, то он предназначен для измерений в установках с часто­той 50 Гц.

По исполнению в зависимости от условий эксплу­атации. Слайд 13

Класс прибора определяется пятью группами по диапазону рабочих температур и относительной влаж­ности. Предельные значения определяют ус­ловия при хранении и перевозке. Группу прибора указывают на шкале соответствую­щей буквой.

Год выпуска и заводской номер. Слайд 14

Закрепление Слайд 15

Назовите прибор и измеряемую величину.

Назовите единицу измеряемой величины, цену деления прибора и максимальное значение шкалы.

В цепь какого тока включается прибор?

Назовите класс точности прибора.

Назовите систему прибора.

Типы приборов.

В зависимости от способа отсчета электроизмерительные приборы разделяют на приборы непосредственной оценки и приборы сравнения.

Приборами непосредственной оценки, или показывающими, называются такие, которые позволяют производить отсчет измеряемой величины непосредственно на шкале. К ним относятся амперметры, вольтметры, ваттметры и др.

В электроизмерительных приборах сравнения измерения осуществляются путем сравнения измеряемой величины с какой-либо образцовой мерой или эталоном. К ним относятся различные мосты для измерения сопротивлении и компенсационные измерительные устройства (потенциометры).

Основные системы электромеханических приборов.

Принцип работы приборов зависит от вида действия электрического тока или напряжения. В

соответствии с этим электроизмерительные приборы различают по системам. (При работе с

прибором необходимо знание его системы, так как от этого зависят способы его применения.)

Магнитоэлектрическая система. Слайд 16

В электроизмерительных приборах магнитоэлектрической системы используется действие магнитного поля на проводник с током.

Принцип работы приборов данной системы основан на взаимодействии контура с током и магнитного поля постоянного магнита.

Он состоит из постоянного магнита М с полюсными наконечниками и подвижной рамки 2, содержащей определенное количество витков тонкого провода. С рамкой скреплена стрелка 4.

Ток к рамке подводится через две спиральные пружины 3, создающие противодействующий момент.

При протекании тока по обмотке рамки возникает вращающий момент, под действием которого стрелка будет отклоняться до тех пор, пока вращающий момент не уравновесится противодей-ствующим моментом спиральных пружин 3. Таким образом, угол отклонения будет зависеть отсилы тока в рамке. Значение измеряемого тока можно отсчитывать по шкале, предварительнопроградуировав прибор.

Приборы магнитоэлектрической системы используются для измерения постоянных токов и напряжений. Их достоинства высокая чувствительность, большая

точность, равномерность шкалы, малое собственное потребление электрической энергии.

Недостатки: сложность их устройства, невозможность измерения переменных токов, чувствительность к перегрузкам.

Электромагнитная система. Слайд 17

Работа приборов этой системы основана на взаимодействии магнитного поля катушки, по которой проходит измеряемый ток, с магнитомягким сердечником.

Сердечник имеет вид тонкой пластины, жестко скрепленной с осью, на которой расположена стрелка. Спиральная пружина создает противодействующий момент. Для успокоения колебаний стрелки используется воздушный демпфер, представляющий собой замкнутую полость, в которой перемещается поршень, связанный с осью. Между поршнем и поверхностью полости имеется небольшой зазор. Трение выходящего через зазор воздуха создает тормозящий момент, приводящий к затуханию колебаний стрелки.

Достоинства: просты по конструкции, дешевы, способны выдерживать большие перегрузки.

Недостатки: неравномерность шкалы (квадратичная, сжатая в начале), низкая чувствительность, невысокая точность (класс точности приборов 1,0; 1,5; 2,5), большое собственное потребление.

В электромагнитных приборах шкала неравномерная, чувствительность малая, поэтому они применяются в основном для измерений в цепях переменного тока промышленной частоты (50 Гц). По конструкции данные приборы проще и дешевле других, надежны в работе и из-за отсутствия токопроводов к подвижной части способны выдерживать большие перегрузки. Однако на их работу могут влиять внешние магнитные поля, что создает дополнительные погрешности измерений.

Электродинамическая система. Слайд 18

Принцип работы этих приборов заключается во взаимодействии двух контуров с токами.

Контуры изготовляются в виде катушек круглой или прямоугольной формы. Внутри неподвижной катушки 2 расположена бескаркасная катушка 1, закрепленная на оси. Ток к катушке 1 подводится через пружинки 4, которые создают противодействующий момент. Стрелка жестко скреплена с осью. При протекании токов по неподвижной и подвижной катушкам последняя будет поворачиваться относительно неподвижной. В приборах этой системы применяют воздушные успокоители.

Приборы электродинамической системы пригодны как для постоянного, так и для переменного тока, обладают высокой точностью, имеют достаточно равномерную шкалу (в рабочей части).

Недостатки: они подвержены влияниям внешних магнитных полей (магнитный поток замыкается через воздух); имеют относительно большое собственное потребление энергии и сравнительно дороги.

Индукционная система Слайд 19

Принцип работы заключается в явлении взаимодействия нескольких переменных магнитных потоков с токами, наведенными ими в подвижной части.

Индукционный прибор состоит из двух неподвижных электромагнитов и подвижного алюминиевого диска.

При прохождении переменных токов по катушкам электромагнитов создаются два магнитных потока, сдвинутых один относительно другого по фазе, которые пронизывают диск. Эти потоки при своем изменении индуцируют в диске вихревые токи. В результате взаимодействия вихревых токов с магнитными полями обоих электромагнитов возникает вращающий момент, под влияние которого происходит поворот подвижной части прибора.

Индукционные приборы применяются лишь в цепях переменного тока промышленной частоты. Они применяются в качестве амперметров, вольтметров, ваттметров, но в настоящее время более распространены как счетчики электрической энергии.

Основными преимуществами приборов индукционной системы являются: сильное собственное магнитное поле, нечувствительность к внешним магнитным полям. К их недостаткам относятся: пригодность только для переменного тока, сравнительно низкая точность, чувствительность к колебаниям напряжения, температуры и частоты; большая масса, сложность конструкции; значительное собственное потребление.

Электроизмерительные приборы Слайды 20-28

Самостоятельная работа

Электрическое измерение – это нахождение (экспериментальными методами) значения физической величины, выраженного в соответствующих единицах (например, 3 А, 4 В). Значения единиц электрических величин определяются международным соглашением.

Электрические измерения проводятся в соответствии с государственными эталонами единиц напряжения и силы постоянного тока, сопротивления постоянному току, индуктивности и емкости.

Электроизмерительные приборы чаще всего измеряют мгновенные значения либо электрических величин, либо неэлектрических, преобразованных в электрические. Все приборы делятся на аналоговые и цифровые. Первые обычно показывают значение измеряемой величины посредством стрелки, перемещающейся по шкале с делениями. Вторые снабжены цифровым дисплеем, который показывает измеренное значение величины в виде числа. Цифровые приборы в большинстве измерений более предпочтительны, так как они более точны, более удобны при снятии показаний и, в общем, более универсальны. Цифровые универсальные измерительные приборы («мультиметры») и цифровые вольтметры применяются для измерения со средней и высокой точностью сопротивления постоянному току, а также напряжения и силы переменного тока. Аналоговые приборы постепенно вытесняются цифровыми, хотя они еще находят применение там, где важна низкая стоимость и не нужна высокая точность. Для самых точных измерений сопротивления и полного сопротивления (импеданса) существуют измерительные мосты и другие специализированные измерители. Для регистрации хода изменения измеряемой величины во времени применяются регистрирующие приборы – ленточные самописцы и электронные осциллографы, аналоговые и цифровые.