Электроизмерительные приборы

Вопросы:

1. Общие сведения об электрических измерениях.

2. Общие сведения об электроизмерительных приборах

1. Общие сведения об электрических измерениях

Измерение – операция сравнения измеряемой физической величины с величиной такого же рода, принятой за единицу.

Средства измерения: меры, измерительные приборы, измерительные преобразователи.

Меры – средства измерений, предназначенные для воспроизведения физической величины заданного размера (например, гиря 1 кг предназначена для воспроизведения массы 1 кг).

Эталоны – меры, предназначенные для хранения и воспроизводства единиц физических величин.

Измерительные приборы – средства измерений для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем.

Методы измерений: метод непосредственной оценки и метод сравнения.

Метод непосредствен6ной оценки – измеряемая величина отсчитывается непосредственно по шкале прибора.

Метод сравнении – измеряемая величина сравнивается с эталоном или мерой.

Прямые измерения - результат (измеряемую величину) получают непосредственно по показанию прибора.

При косвенных измерениях искомую величину находят вычислением, используя результаты прямых измерений вспомогательных величин. Например, мощность в электрической цепи постоянного тока можно вычислить по формуле P=UI, используя прямые измерения напряжения и тока.

Абсолютная погрешность измерения: △А = А_из – А; (А_из – измеренное значение величины; А – действительное значение величины). За действительное значение величины принимают её значение, измеренное образцовым прибором.

Относительная погрешность: δ = 100%.

2. Общие сведения об электроизмерительных приборах.

Классификация.

1. Приборы непосредственной оценки (электромеханические и цифровые).

2. Приборы сравнения.

В зависимости от назначения приборы делятся на рабочие и образцовые. Рабочие приборы предназначены для контроля за параметрами различных механизмов, устройств и систем; образцовые – для поверки и градуировки рабочих.

Точность прибора характеризуется приведённой погрешностью: γ =.

А_пр – верхний предел измерения по шкале прибора.

Наибольшую приведённую погрешность называют классом точности прибора. Чем меньше число, обозначающее класс точности, тем точнее прибор.

Условные обозначения на шкале прибора.

В приборах непосредственной оценки значение измеряемой величины определяют по шкале или по цифровому устройству. Приборы непосредственной оценки применяют в большинстве случаев, при рабочих измерениях. Недостатком этих приборов является сравнительно невысокая точность измерения.

В электромеханических приборах поворот оси, на которой укреплён указатель (стрелка), происходит под \действием механической силы, которая возникает в результате протекания тока в измерительной цепи прибора.

Эти приборы находят широкое применение благодаря своей сравнительной простоте и небольшой стоимости.

Цифровые приборы измеряют значение непрерывно изменяющейся величины в отдельные (дискретные) моменты времени и представляют результат измерения в цифровой форме. Эти приборы имеют высокую точность, большое быстродействие, широкие пределы измерения, легко комплектуются с цифровыми вычислительными машинами, к недостаткам цифровых приборов следует отнести их сравнительную сложность и высокую стоимость.

В приборах сравнения точность измерения выше. Однако на получение результата измерения затрачивается значительно больше времени, чем при измерении приборами непосредственной оценки. Приборы сравнения используют, как правило, в лабораторных условиях.

Цена деления шкалы (постоянная С) прибора – число единиц измеряемой величины, приходящееся на одно деление шкалы.

Чувствительность прибора S – число делений шкалы, приходящееся на единицу измеряемой величины. S = 1/C.

Равномерная шкала – шкала, имеющая одинаковые расстояния между соседними делениями по всей своей длине.

Лекция 20.

Тема 5. 1:Измерение тока и напряжения.

Вопросы:

1. Измерительные механизмы магнитоэлектрической и электромагнитной систем.

2. Измерение тока.

3. Измерение напряжения.

1. Измерительные механизмы магнитоэлектрической и электромагнитной систем.

Устройство магнитоэлектрического измерительного механизма:

1 – рамка; 2 – сердечник; 3 – полюсный наконечник.

Принцип действия магнитоэлектрического измерительного механизма:

Ток к рамке подводится через пружины.. При прохождении тока по рамке на её стороны, находящиеся в воздушном зазоре между полюсными наконечниками 3 и сердечником 2, действуют электромагнитные силы. Эти силы создают момент, под действием которого рамка начинает поворачиваться. Чем больше ток, протекающий по рамке, тем больше вращающий момент. Пружины закручиваются и создают противодействующий момент, препятствующий повороту рамки. Вместе с рамкой поворачивается стрелка. При равенстве противодействующего и вращающего моментов поворот рамки прекращается.

Устройство электромагнитного измерительного механизма:

1 – катушка; 2 – успокоитель; 3 – постоянный магнит; 4 – сердечник; 5 – ось; 6 – пружина.

Принцип действия электромагнитного измерительного механизма:

Протекающий по катушке ток возбуждает магнитное поле. Сердечник 4 намагничивается и втягивается внутрь катушки, пружины закручиваются и создают противодействующий момент. При равенстве моментов поворот сердечника и стрелки, находящихся на одной оси, прекращается. Чем больше ток, протекающий по катушке, тем больше вращающий момент.

2. Измерение тока.

Силу постоянного тока измеряют магнитоэлектрическими или электромагнитными амперметрами. Магнитоэлектрические амперметры по сравнению с электромагнитными имеют большую чувствительность и точность.

Амперметр включают последовательно с участком цепи, в котором измеряют ток. Для того что бы включение амперметра не приводило к значительному изменению тока в цепи, его сопротивление должно быть как можно меньшим.

В цепях переменного тока силу тока измеряют электромагнитными амперметрами.

Для расширения пределов измерения магнитоэлектрического амперметра используют шунт. Шунты бывают внутренние (находятся внутри корпуса прибора) и наружные. Шунт представляет собой калиброванное сопротивление. Схема включения амперметра с шунтом приведена на рис.51,б). Для расширения предела измерения переменного тока используют измерительные трансформаторы тока (ИТТ) – рис.5.2. Л1, Л2 – зажимы первичной обмотки ИТТ; И1, И2 – зажимы вторичной обмотки ИТТ. Для того, что бы исключить поражение током, контакт выключателя S при разомкнутых зажимах И1, И2 должен быть замкнут (вторичная обмотка замкнута накоротко).

3. Измерение напряжения.

Напряжение постоянного тока измеряют магнитоэлектрическими или электромагнитными вольтметрами. Вольтметры включают параллельно тому участку цепи, на котором измеряют напряжение. Для того что бы включение вольтметра не приводило к существенному уменьшению тока, протекающего по участку цепи, напряжение на котором измеряют, сопротивление вольтметра должно быть как можно большим. С этой целью в измерительную цепь вольтметра вводят добавочное сопротивление R_доб (рис. 5.2).

В цепях переменного тока напряжение измеряют электромагнитными вольтметрами.

Лекция 21.

Тема 5.2: Измерение энергии, мощности, сопротивления.

Вопросы:

1. Измерение мощности электродинамическим и ферродинамическим ваттметрами.

2. Измерение мощности и энергии индукционным ваттметром..

1. Измерение мощности электродинамическим и ферродинамическим ваттметрами..

Мощность в цепях постоянного тока измеряют электродинамическими и ферродинамическими ваттметрами. Эти ваттметры (рис. 5.4, а) имеют неподвижную катушку 1 и подвижную катушку 2, находящуюся на одной оси со стрелкой, пружины 3, подводящие ток к подвижной катушке и создающие противодействующий момент. У электродинамических ваттметров подвижная часть лёгкая, поэтому она подвержена вибрациям и ударным сотрясениям, в силу чего их применяют только в лабораториях.

У ферродинамических ваттметров обе катушки распложены на стальном магнитопроводе. Они имеют более массивную подвижную часть и поэтому мене подвержены вибрациям и ударным сотрясениям. Их применяют при измерении мощности на объектах, где могут быть вибрации и ударные сотрясения, например на судах.

Схема включения ваттметра показана на рис. 5.4, б. Зажимы ваттметра, обозначенные звёздочками, называются генераторными. К ним присоединяют провода, идущие от источника.

2. Измерение мощности и энергии индукционным ваттметром.

В цепях однофазного тока активную мощность можно измерить электродинамическими, ферродинамическими и индукционными ваттметрами.

Индукционный ваттметр в отличии от индукционного счётчика не имеет постоянного магнита 2 и счётного механизма, который у счётчика предназначен для подсчёта числа оборотов алюминиевого диска 3.

При протекании переменного тока по катушкам электромагнитов 1 и 4 диск 3 поворачивается, пружина, соединяющая ось диска с неподвижной частью прибора (на рис.5.5 не показана), закручивается и при одинаковых значениях вращающего и противодействующего моментов поворот диска прекращается. Стрелка, укреплённая на одной оси с диском (на рис.5.5 не показана) устанавливается на отметке шкалы, соответствующей потребляемой активной мощности. Чем больше измеряемая ваттметром мощность, тем на больший угол повернётся диск 3.

Схема включения индукционного ваттметра аналогична схеме включения электродинамического ваттметра. Индукционные ваттметры находят широкое применение на судах.

В цепях трёхфазного тока активную мощность измеряют двухэлементными ферродинамическими и индукционными ваттметрами.

Активную энергию в однофазных цепях измеряют одноэлементными, а в трёхфазных цепях - двухэлементными индукционными счётчиками. Их устройство показано на рис.5.5.определённое число оборотов диска, подсчитанное счётным механизмом, соответствует значению активной энергии измеряемой счётчиком. Чем больше потребляемая мощность, тем с большей скоростью вращается диск 3.

Лекция 22.

Тема 5.2: Измерение энергии, мощности, сопротивления.

Вопросы:

1. Измерение сопротивлений омметрами.

2. Измерение сопротивления изоляции.

1.Измерение сопротивлений омметрами.

Условные обозначения на рис. 5.6.

И – измерительный механизм; R_x – измеряемое сопротивление; R_Д – сопртивление добавочного резистора; K – контакт кнопки; U – напряжение источника питания (гальванического элемента).

Омметр – прибор непосредственной оценки, предназначенный для измерения сопротивления. Имеет источник питания – гальванический элемент и измеритель И.

Уоднорамочного омметра у стройство измерителя подобно устройству магнитоэлектрического амперметра. При постоянном значении напряжения источника питания U ток, протекающий через измеритель, пропорционален измеряемому сопротивлению Rх, поэтому шкала измерителя проградуирована в единицах сопротивления - в омах.

С течением времени напряжение источника питания уменьшается и показания омметра не будут соответствовать действительному значению измеряемого сопротивления. Для исключения ошибок измерения, связанных с уменьшением напряжения, предназначена кнопка с контактом К. Перед началом каждого измерения нужно замкнуть контакт кнопки К и с помощью резистора Rд, установить стрелку омметра на нулевое деление шкалы.

Двухрамочный измерительный механизм называют логометрическим.

Логометрический измерительный механизм имеет две катушки, укреплённые на одной оси со стрелкой. Взаимодействие магнитного поля постоянного магнита с токами и приводит к возникновению двух моментов, действующих в противоположные стороны. Поворот подвижной части логометра происходит в сторону действия большего из моментов. При этом больший момент уменьшается, а меньший – увеличивается. При достижении равенства моментов поворот подвижной части прекращается истрелка прибора устанавливается на соответствующем делении шкалы.

В логометрических омметрах значение напряжения источника не влияет на точность измерения, поэтому при измерении сопротивления логометрическим омметром нет надобности перед началом измерения устанавливать указательную стрелку на нулевое деление шкалы.

Наиболе6 точные результаты при измерении сопротивлений дают мостовые схемы приборов сравнения (рис. 5.7.

.

АБ; БВ; ВГ; ГА – диагонали моста; БГ – измерительная диагональ моста; АВ – питающая диагональ моста.

В измерительную диагональ моста включён гальванометр (магнитоэлектрический измерительный механизм высокой чувствительности).

В питающую диагональ моста включён источник постоянного тока (гальванический элемент).

Ток, протекающий через гальванометр I_Г =0, если φ_Б =φ_Г. В этом случае

I₁ =I₂; I_x = I; 5.1;

I₁R₁ = I_xR_x; I₂R₂ = IR 5.2;

из 5.2 следует

I₁/I_x = R_x/R₁; I₂/I = R/R₂;

с учётом 5.1

R_x/R₁ = R/R₂.

Отсюда следует:

R_x = R и если R₁ = R₂, то R_x=R

R – это набор резисторов (магазин сопротивлений), составленный по декадному принципу. На верхней крышке расположены переключатели, с помощью которых можно набрать такое значение сопротивления R, при котором ток через гальванометр Iг = 0

В этом случае, как было показано выше R_x = R

3. Измерение сопротивления изоляции.

Для измерения сопротивления изоляции электрооборудования предназначены мегаомметры. Они бывают индукторные и безиндукторные. В индукторных мегаомметрах источником тока является индуктор (небольшой генератор, у которого вместо обмотки возбуждения имеется постоянный магнит). Индуктор приводится в действие путём вращения ручки, находящейся на корпусе прибора. У безиндукторных мегаомметров источником тока является аккумуляторная батарея.

Мегаомметр имеет две шкалы и переключатель. Одна из шкал градуирована в килоомах, а другая – в мегаомах. Мегаомметры изготавливают на разные значения напряжений (от 100 до 2000 В). Чем больше номинальное значение напряжения электрооборудования, сопротивление изоляции которого нужно измерить, тем большее напряжение должен иметь мегаомметр.

Для исключения поражения электрическим током нужно перед измерением сопротивления изоляции снять питание с электрооборудования, сопротивление изоляции которого измеряют

Более точные измерения дают приборы сравнения, к которым относится мост постоянного тока.

Лекция 23.