Короткі теоретичні відомості

Мета вимірювань – установлення числового значення величини, що характеризує властивості фізичного об’єкта.

Вимірювання – отримання числового еквівалента (значення) величини, що характеризує властивості фізичного об’єкта (предмета, процесу, явища).

Метрологічна характеристика – це властивість засобу вимірювання впливати на результат вимірювання або його похибку. До основних метрологічних характеристик належать діапазон вимірювання та різні складові похибки засобу вимірювання.

Показання засобу вимірювання – це число, відмітка або сиґнал на відліковому пристрої, які відповідають значенню фізичної, величини на момент відліку. Різниця показань приладу в одній і тій же самій точці діапазону вимірювання при плавному підході «зліва» до цієї точки називається варіацією показання. Під діапазоном показань розуміють область значень шкали приладу, яка обмежена кінцевим чи початковим значеннями шкали. Слід відрізняти діапазон показання від діапазону вимірювання, під яким беруть область значень величини, у межах якої нормовані допустимі межі похибки засобу вимірювання.

У загальному випадку метод вимірювання – це захід або сукупність заходів порівняння вимірювальної фізичної величини з її одиницею відповідно до ре­алізованого принципу вимірювання. До основних методів вимірювання належать: метод безпосереднього оцінювання, метод порівняння з мірою, диференціальний або різницевий, нульовий, контактний і безкон­тактний.

Метод вимірювання, у якому вимірювальну величину порівнюють з величиною, яка відтворюється мірою, називається методом порівняння з мірою. Нульовим називається метод порівняння з мірою, у якому результуючий ефект дії вимірювальної величини та міри на засіб вимірювання зводять до нуля. Якщо вимірювальна величина порівнюється з її однорідною, яка має відоме значення, котре незначно відрізняється від значення вимірювальної величини, при якому вимірюється різниця між цими двома значеннями, то такий метод називається диференціальним.

Чутливий елемент приладу може мати або не мати контакту з об’єктом вимірювання. У першому випадку метод вимірювання називається контактним, а в другому – безконтактним.

Різниця між показаннями засобу вимірювання та істинним (дійсним) значенням вимірювальної фізичної величини називається аб­солютною похибкою засобу вимірювання. Оскільки істинне значення, як правило, невідоме, то на практиці використовують її дійсне значення. Для робочого засобу вимірювання за дійсне значення беруть пока­зання зразкового засобу, для зразкового значення фізичної величини, котре одержане з допомогою еталону.

Зразковий прилад має значно меншу похибку, якою при вставленні нерідко нехтують. Тому при визначенні абсолютної похибки приладу користуються формулою

(2.1)

де – похибка приладу, що перевіряють; – значення величини, яке одержане з допомогою зразкового засобу вимірювання (або еталоном), котре беруть за дійсне значення; Х_п – показання пе­ревіряючого приладу.

Основною метрологічною характеристикою кожного приладу є клас
точності – узагальнювальна характеристика, яка виражається межами основної та додаткових похибок приладу, а також іншими харак­теристиками, які визначають його точність. Найбільше значення похибки приладу, яке встановлене нормативно-технічною документацією та при якому він придатний до використання, називається межею його допустимої похибки. У разі пе­ревищення цієї встановленої межі похибки прилад визнається не­придатним до використання.

Під час монтажу, налагоджування та ремонту електроустановок та електрообладнання електровимірювальні прилади слугують для визначення стану окремих видів електрообладнання та правильності з’єднання елементів електрообладнання. Незамінними приладами у даних випадках є:

– мегомметр;

– омметр;

– комбіновані вимірювальні прилади;

– кліщі електровимірювальні;

– електронно-променевий осцилограф;

– щуп або пробник.

Мегомметр – пристрій, який застосовується для вимірювання опору ізоляції електроустаткування, проводів і кабелів постійному струму.

Мегомметр складається з ґенератора постійного струму та вимірювального приладу, що міститься в одному корпусі.

Омметр працює на основі вбудованого елемента живлення та слугує для вимірювання порівняно невеликих опорів в омах. Він може застосовуватися для перевірки цілості електричних кіл.

Технічні дані мегомметра та омметра наведені в таблиці 2.1.

Таблиця 1.1 – Технічні дані мегомметра та омметра

Найменування приладу	Діапазон вимірювань	Вихідна напруга, В
кОм	Мом
Модифікація мегомметра:
М4100/1	0…200	0…20	100 ± 10
М4100/2	0…500	0…50	250 ± 25
М4100/3	0…1000	0…100	500 ± 50
М4100/4	0…1000	0…200	1000 ± 100
Омметр М57	0…5000 Ом	4,5

Схема вимірювання мегомметром опору ізоляції електродвигуна зображена на рис. 2.1, а.У даному випадку застосовано мегомметр М4100/4. На корпусі мегомметра зображена схема приєднання дротів при вимірюванні в мегомах і кілоомах. У разі вимірювання в кілоомах між двома лівими затискачами ставиться перемичка, що входить до комплекту дротів, один дріт приєднується до цієї перемички, а другий – до правого затискача, а інші кінці дротів приєднуються до об’єкта, що вимірюється.

При вимірюванні в мегомах дроти приєднуються до двох лівих затискачів.

У даному випадку вимірювання проводиться в кілоомах, електродвигун від’єднано від мережі. Його можна не від’єднувати, а тільки відключити вимикач. Звичайно зручніше виміряти опір ізоляції двигуна з боку вмикаючого пристрою через кабель живлення двигуна. Але в цьому випадку прилад урахує і опір ізоляції кабелю, а виміряний опір ізоляції буде менше ніж опір ізоляції двигуна. Якщо воно не нижче за допустиме (500 кОм), то кабель можна не від’єднувати, а якщо нижче, то електродвигун потрібно перевірити окремо.

 

а	б
Рисунок 2.1 – Схема застосування мегомметра М4100/4: а – вимірювання опору ізоляції двигуна відносно його корпусу; б – визначення кінців жил кабелю

За допомогою мегомметра можна перевірити цілісність кожної фазної обмотки двигуна та місця їхнього з’єднання, вимірявши опір між початками фаз, якщо обмотки двигуна з’єднані в зірку. При з’єднанні трикутником кінці та початки обмоток потрібно роз’єднати.

Оскільки на виході мегомметра при вимірюванні висока напруга, то цього часу не можна торкатися неізольованих частин об’єкта вимірювання та дротів приладу.

Коло, що виміряється, може заряджатися від мегомметра під час вимірювання, тому після вимірювання його потрібно розрядити за допомогою провідника занулення (заземлення) електроустановки, дотримуючись обережності.

На рис. 2.1, бзображено визначення кінців жили кабелю у разі відсутності забарвлення, за допомогою мегомметра. Дальній кінець жили кабелю та один затискач приладу приєднуються до заземлених частин конструкцій, а за допомогою дроту від іншого затискача приладу проводиться пошук другого кінця жили кабелю.

Слід зазначити ще деякі особливості при роботі з мегомметром.

Мегомметр виробляє високу напругу, та якщо в установці, де проводиться вимірювання, є елементи, які можуть бути пошкоджені цією напругою, наприклад, конденсатори, напівпровідникові прилади, то вони повинні бути від’єднані або короткозамкнені дротом.

Не припускається користуватися приладом, забрудненим і покритим вологою, оскільки це може спотворити показники вимірювань.

Перед вимірюванням прилад повинен бути перевірений з’єднанням кінців його дротів при обертанні рукоятки, при цьому стрілка приладу повинна продемонструвати «нуль», а при роз’єднанні дротів - «безмежність».

Щоб прилад дав потрібне значення напруги, його рукоятку потрібно обертати з частотою не меншого, ніж указано на щиті зі шкалою.

При вимірюванні в розгалуженому колі прилад може спочатку продемонструвати малий опір ізоляції, поки коло не зарядиться від напруги, що виробляється ними, оскільки ізоляція кола має ємність.

Комбіновані вимірювальні прилади. Більшість елементів електронних схем легко перевірити та налагодити за допомогою декількох простих електронних вимірювальних приладів. Один з необхідних приладів – це мультиметр. Усі вони призначені для вимірювання напруги постійного та змінного струмів, величини струму та опору постійному струму. Деякі прилади призначені для вимірювань ємності, параметрів транзисторів, температури тощо.

Точність мультиметрів визначається якістю та похибкою масштабних резисторів, які застосовуються для вибору різних діапазонів. Відмінності у вартості між дешевими аматорськими приладами, професійними мультиметрами та лабораторними вимірювальними приладами значного мірою визначаються різницею в ціні між стандартними та прецизійними компонентами. Багато недорогих мультиметрів забезпечують точність вимірювань від 2 до 10%. Професійні прилади мають точність від 1,5 до 2 % на постійному струмі та від 3 до 5 % – на змінному. Більшість вимірювань, які доведеться проводити при роботі зі схемами, не вимагають такої точності, якою не міг би забезпечити недорогий мультиметр.

При роботі з мультиметром потрібно завжди уважно вибирати межу вимірювань. Наприклад, якщо схема працює від 9 В батареї, то можна не сумніватися в тому, що робота на 10 В межі вимірювання безпечна. Проте якщо максимальна напруга або струм у колі наперед не відомий, то потрібно починати вимірювання з найбільшої межі вимірювань мультиметра. Побачивши значення приладу, ви отримаєте уявлення про величину, що вимірюється, та зможете вибрати правильну межу вимірювань.

Коли мультиметр установлений у режим вимірювання струму (в амперах, міліамперах або мікроамперах), будьте дуже уважні при ввімкненні щупів у схему, оскільки при вимірюванні струму прилад яляє собою майже короткозамкнене коло.

У таблицях 2.2 – 2.4 наведені технічні дані ряду комбінованих вимірювальних приладів

Таблиця 2.2 – Технічні дані цифрового мультиметра DT 890В⁺

Діапазон вимірювань:
струм постійний	2 мА – 20 А
струм змінний	20 мА – 20 А
напруга постійна	200 мВ – 1000 В
напруга змінна	2 В –750 В
опір	200 Ом – 200 Мом
ємність	2000 пФ – 20 мкФ

 

Кліщі електровимірювальні. Даний прилад призначений для вимірювань сили струму в провіднику без його роз’єднання, а також напруги та опору.

Основою приладу є рознімнийй магнітопровід з обмоткою, яка є вторинною обмоткою трансформатора струму, а первиною обмоткою є провід з вимірюваним струмом.
Таблиця 2.3 – Технічні дані цифрового мультиметра DT 9808

Діапазон вимірювань:
струм постійний	20 мкА – 20 А
струм змінний	20 мА – 20 А
напруга постійна	200 мВ – 1000 В
напруга змінна	20 В –750 В
опір	200 Ом – 200 Мом
частота	2 К – 20 К
ємність	2 нФ – 20 мкФ

 

Таблиця 2.4 – Технічні дані цифрового мультиметра DT 832

Діапазон вимірювань:
струм постійний	2000 мкА – 10 А
напруга постійна	200 мВ – 1000 В
напруга змінна	200 В – 750 В
опір	200 Ом – 2000 кОм

 

При вимірюванні сили струму магнітопровід розмикається та надівається на провід, потім змикається і проводиться вимірювання.

Таблиця 2.5 – Технічні дані кліщів електровимірювальних 266

Діапазон вимірювань:
струм змінний	750 А
напруга постійна	1000 В
напруга змінна	750 В
опір	200 Ом – 2000 Мом

 

Прилад працює на змінному та постійному струмах у широкому діапазоні вимірювальних величин. Завдяки використанню спеціальних щупів прилад мо­же працювати як вольтметр. Таким чином, він є універсальним вимірювальним пристроєм. Струмовимірювальні кліщі можуть застосовуватися для швидкого вимірювання струму в місцях, де доступні окремі виводи фаз. Однако вони не можуть вимірювати струм у багатожильних силових кабелях, де в один кабель укладають проводники всіх трьох фаз. При використанні струмовимірювальних кліщів необходимо стежити за тим, щоб вони затискались без найменшого повітряного зазора, інакше показання можуть бути далекими від істинних значень.

Застосовуються електровимірювальні кліщі різних типів.

Електронно-променевий осцилограф. Прилад отримав значне поширення. Він відображає досліджуваний електричний сиґнал на екрані, надає інформацію про частоту та тривалість імпульсів і їх форму. Осцилограф можна використовувати для вимірювання напруги (змінної та постійнної).

Щуп, пробник. Для перевірки кіл також може застосовуватися щуп або пробник, що складається з корпусу, до якого поміщаються батарея та лампа. Для торкання точок кіл прилад має штир і дріт.

Приєднавши проводок щупа до потрібної точки кола і торкаючись штирем інших її точок, можна перевірити цілість ділянок кола.

Потрібно не забувати, що вимірювання опорів в електроустановках потрібно проводити, зробивши необхідні відключення напруги, перевіривши її відсутність перед приєднанням до приладу.