Измерение электрических величин - напряжения, силы тока, сопротивления и мощности

Согласно «СИ» единицами измерений электротехнических параметров являются для:

- силы тока - Ампер, условное обозначение «А»;

- напряжения - Вольт, условное обозначение «В»;

- сопротивления - Ом, условное обозначение «Ом»;

- мощности - Ватт, условное обозначение «Вт».

Средствами электротехнических измерений называют технические средства, используемые при измерении и имеющие нормированные метрологические характеристики.

Различают следующие виды средств электротехнических измерений:

- меры - средства измерений, предназначенные для воспроизведения физической величины с определенной точностью (например, магазин сопротивлений);

- электроизмерительные приборы - средства электротехнических измерений, предназначенные для выработки сигналов измерительной информации, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем (например, амперметр, вольтметр);

- измерительные преобразователи - средства электротехнических измерений, предназначенные для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем (например, датчики температуры контролируемого объекта);

- электроизмерительные установки;

- измерительные информационные системы.

Наибольшее распространение имеют электроизмерительные приборы.

По роду измеряемой физической величины приборы делятся на:

- амперметры - для измерения силы тока;

- вольтметры - для измерения напряжения;

- омметры - для измерения сопротивления;

- ваттметры - для измерения мощности и другие.

Выбор приборов, выполняющих измерения тока и напряжения, должен осуществляться совокупностью многих факторов, важнейшие из которых род измеряемого тока; примерные диапазон частот измеряемой величины и амплитудный диапазон напряжений; форма кривой измеряемого напряжения (тока); мощность цепи в которой осуществляется измерение, мощность потребления прибора, допустимая погрешность измерений (класс точности) прибора.

Если необходимая точность измерений, допустимая мощность потребления и другие требования могут быть обеспечены амперметрами и вольтметрами электромеханической группы, то следует предпочесть этот простой метод непосредственного отсчета.

В слаботочных цепях постоянного и переменного токов для измерений напряжения следует пользоваться цифровыми и аналоговыми электронными вольтметрами.

Электрические сопротивления, соответственно техническим возможностям и методам их измерений, можно условно разделить на три группы:

- малые сопротивления до 1 Ом;

- средние сопротивления от 1 до 100000 Ом;

- большие сопротивления свыше 100000 Ом.

В зависимости от величины сопротивления и необходимой точности результата следует применять различные методы их измерений:

- косвенное измерение с помощью амперметра и вольтметра (искомое сопротивление определяют на основании закона Ома по данным измерений напряжения и тока);

- измерение с помощью мостов;

- прямое измерение аналоговым или цифровым омметром.

Основные типы приборов электротехнических измерений, а также их метрологические характеристики приведены в таблицах 13.1, 13.2, 13.3, 13.4.

Пределы измерений и погрешность средства измерений электрических величин должны определяться одним из двух способов:

- расчётным;

- по таблицам согласно ОСТ 1 00377.

В случае использования в измерительной схеме дополнительных преобразователей: наружных шунтов, добавочных сопротивлений трансформаторов тока и напряжения, влияющих на результат измерений, допускаемую основную погрешность измерительной схемы необходимо определять по формуле:

(13.1),

где - основная абсолютная погрешность измерительного прибора;

- погрешность дополнительного устройства измерительной схемы;

Д - допуск измеряемой величины;

m- количество дополнительных устройств измерительной схемы.

В этом случае средства измерений выбираются более высокого класса чем определенные расчётным способом или по таблицам ОСТ 1 00377 и проверяется соотношение с учётом погрешностей дополнительных устройств.

Пример выбора средств электротехнических измерений.

В стенде для контроля напряжения питания (27 ± 2,7) В применяется вольтметр.

Необходимо определить пределы измерений и класс точности указанного вольтметра.

Определяем:

наибольший предельный размер напряжения питания

27 В + 2,7 В = 29,7 В;

наименьший предельный размер напряжения питания

27 В-2,7 В =24,3 В;

допуск

29,7 В-24,3 В =5,4 В;

предел измерений и погрешность измерений (класс точности) вольтметра можно определить приведенными ниже способами:

- расчетным;

- с помощью таблицы 1 приложения ОСТ 1 00377.

Расчетный способ (для условия, что рабочая часть шкалы вольтметра равна диапазону измерений).

Определяем:

основную абсолютную допустимую погрешность средства измерений (по формуле (7.1)):

0,ЗЗ х 5,4 В = В;

нижний предел рабочей части шкалы (по формуле (7.2))

Н_ди < 24,3 В - 1,78 В =22,52 В;

верхний предел рабочей части шкалы (по формуле (7.3))

В_ди> 29,7 В+1,78 В =31,48 В.

В соответствии с найденными значениями Н_ди и В_ди выбираем по таблицам 13.3, 13.4 вольтметр с верхним пределом измерений 50 В.

Определяем основную приведенную погрешность вольтметра (по формуле (7.10)):

Согласно найденного значения следует выбрать прибор класса точности 2,5 (с учётом вида измеряемого тока).

Способ с использованием таблиц ОСТ 1 00377 (для условия, что рабочая часть шкалы составляет её последнюю треть).

В боковике таблицы 1 находим диапазон, в пределах которого находится наибольшее предельное значение измеряемой величины. Этому требованию соответствует диапазон от 26,7 до 38,4 В.

На этой же строке во второй графе колонки находим значение верхнего предела вольтметра. Этим значением является 40 В.

На этой же строке находим меньшее ближайшее значение допуска, соответствующее допуску на контролируемый параметр. Этим значением является 4,8 В.

В оглавлении таблицы значению допуска 4,8 В соответствует класс точности 4.

Вывод - для измерений напряжения питания (27 ± 2,7) В следует применять вольтметр класса точности 4 с верхним пределом измерений 40В.

Таблица 13.1 - Приборы для измерений сопротивления

Тип	Наименование прибора	Диапазон измерений	Класс точности (основная погрешность)	Род тока
М4100/1		(0...200) кОм (0... 20) МОм
М4100/2		(0...500) кОм (0... 50) МОм
М4100/3	Мегаомметр	(0...1000) кОм (0... 100) МОм	1 и 1,5	Цепь разомкнута
М4100/4		(0...1000) кОм (0… 200) МОм
М4100/5		(0...2000) кОм (0... 1000) МОм
М4125/1 М4125	Омметр	Конечные значения диапазона измерений: 3, 30, 300 кОм.	2,5	Постоянный
Ф415	Микроомметр	Конечные значения диапазона измерений: 100 мкОм; 1, 10, 100 мОм; 1, 10 Ом.	2,5 и 4,0	Постоянный
М57Д	Измеритель сопротивления	(20... 1500) Ом	(4 %)	Постоянный

Таблица 13.2 - Приборы для измерений мощности

Тип	Наименование прибора	Диапазон измерений	Класс точности (основная погрешность)	Род измеряемого тока
Ц 301	Ваттметр	Конечное значение 2000 кВт	2,5	Однофазная цепь переменного тока частотой 50, 500, 1000, 4000, 8000, 10000 Гц
Д335	Ваттметр	2-2,5х103кВт	1,5	Трёхфазная, трёхпроводниковая цепь переменного тока, частотой 50 Гц
Д365	Ваттметр и варметр	1 – З х 10 7 кВт (1-0-1... 30-0-30) х 106 ГВт (Гвар)	1,5	Цепь переменного тока
Д85	Киловатт-метр	2-0- 6 кВт 2-0- 8 кВт 4-0- 12 кВт 5-0- 15 кВт 10-0- 30 кВт 10-0- 40 кВт 20-0- 60 кВт 20-0- 80 кВт 25-0-100 кВт 40-0-120 кВт 50-0-150 кВт 100-0-300 кВт 100-0-400 кВт 200-0-600 кВт	(±2,5%)	Трёхпроводная сеть трёхфазного тока частотой 50Гц
Д367	Ваттметр	0,6-2,5х107 кВт	1,5	Цепь переменного тока

Таблица 13.3 - Приборы для измерений силы тока и напряжения (малогабаритные)

Тип	Наименование прибора	Конечные значения диапазонов измерений	Класс точности (основная погрешность)	Род измеряемого тока
М42100	Амперметры	1, 2, 3, 5, 10, 20, 50, 75, 100, 200, 300, 500, 750, 1000, 1500, 2000, 4000, 6000, 200-0-750А	1,5 и 2,5	Постоянный
Миллиамперметры	1, 5, 10, 30, 50, 100, 150, 300, 500, 600, 3/30, 3/50, 5/50 мА
Вольтметры	0,075; 2,3; 7,5; 10; 15; 30; 50; 75; 100; 150; 250; 300; 450; 500; 500; 600; 1000; 1500; 3000; 0,3/15; 3/30; 4/100; 3/300; 7,5/300; 8/300; 10/100; 20/40; 15/150; 30/300; 150/1500; 15/150/1500 В
Ампервольтметры	15В/500мА; 30В/50А; 50 В/50 А; 1 А/3000 В
М2100	Миллиамперметры	1-0-1 мА, 5-0-5 мА, 10-0-1 ОмА, 30-0-30 мА, 50-0-50 мА, 100-0-100 мА 150-0-150 мА, 500-0-500 мА	2,5	Постоянный
Амперметры	1-0-1А, 3-0-3 А 10-0-10 А, 20-0-20 А, 30-0-30 А, 50-0-50 А, 75-0-75 А, 100-0-100 А, 150-0-150 А, 200-0-200 А, 300-0-300 А, 500-0-500 А, 750-0-750 А
М2100	Килоамперметры	1-0-1 кА, 1,5-0-1,5 кА, 4-0-4 кА, 6-0-6 кА 7,5-0-7,5 кА	2,5	Постоянный
Вольтметры, киловольтметры, вольтам-перметры	1,5; 3; 7,5; 15; 30; 50; 75; 150; 250; 300; 450 600 В; 1,0 кВ; 1,5кВ; 3,0 кВ; 3 В/30 В; 7,5 В/300 В; 15В/З00 В; 30 В/300 В; 15В/500мА; 30 В/50 А; 50 В/50 А; 1А/3 кВ 1,5-0-1,5 В 3-0-3 В 7,5-0-7,5 В 15-0-15 В 30-0-30 В 50-0-50 В 75-0-75 В 150-0-150 В 250-0-250 В 300-0-300 В 450-0-450 В 600-0-600 В 1-0-1 кВ 1,5-0-1,5 кВ 3-0-3 кВ
Э8026	Амперметры перегрузочные	1;2,5;5; 10; 15; 20; 30; 50; 75/5; 100/5; 150/5; 200/5; 300/5 А	4,0	Переменный (45-65) Гц (180-550) Гц
Э8025	Амперметр	100, 300, 500 мА; 1,2, 3,5, 10, 20, 30, 50 А, 1/5; 10, 20, 30, 50, 75, 100, 150, 200, 300, 400, 600, 800, 1000, 1500, 2000, 3000, 4000, 5000 А.	2,5	Переменный (45-65) Гц (180-350) Гц 300,1000, 1150,1350, 1500 Гц
Вольтметр	10, 20, 30, 50, 100, 150, 250В; 450 и 600 В; 1750 В; 7,5 кВ	2,5	Переменный (450-500) Гц 50, 60, 200, 400, 427, 500, 800, 1100, 1150, 1350, 1500 Гц
Э8021	Амперметры	100, 300, 500 мА; 1, 2, 3, 5, 10, 20, 30, 50, 75, 100, 150, 200, 300, 400, 600, 800, 1000, 1500, 2000, 3000, 4000, 5000 А	(2,5 %)	Переменный 50 Гц; (180-550)Гц; 60 Гц; 800, 1100, 1150, 1350, 1500, Гц.
Вольтметры	10, 30, 50, 100,150, 250, 450, 600, 1750В;7,5кВ.	(2,5 %)	Переменный 50,60, 200, 400, 500, 800, 1150, 1350, 1500Гц.
Э8023	Вольтметр	450 В	(2,5 %)	Переменный 50,60, 200, 400, 427, 500,800, 1000, 1500Гц.
Э8022	Амперметр перегрузочный	Номинальные токи: 1; 2,5; 5; 10;15;20; 30; 50; 75, 100, 150, 200, 300 А	(4 %)	Переменный 50, 60 Гц, (180550) Гц

Таблица 13.4 - Приборы для измерения силы тока и напряжения (крупногабаритные)

Тип	Наименование прибора	Конечное значение диапазона измерения	Класс точности	Вид тока; частота
Э377* или Ц 33	Миллиамперметры, амперметры, килоамперметры	3-7, 5-15, 15-75-150, 300-750-1500 мА 1,5-3-7,5-15 А	1,0	Переменный 50 Гц
100, 500 мА; 1,2,3,5, 10, 20, 30, 50, 100 А	1,5	Переменный 1000 Гц
Э377* и Э378* или Ц 33	Миллиамперметры, амперметры, кило- амперметры	1,5; 2; 5; 10; 20; 30; 40; 50; 100;250; 500; 750 мА; 1:2; 3:5; 10; 20; 30; 50; 75; 100;150;200;300 А.	1,5	Перемен­ный 50Гц, 60Гц.
15;40;400;500; 750, 800 А; 1; 1,5; 2; 3:4; 5; 6; 8; 10; 15 кА.	1 5	Переменный 50Гц, 60Гц.
Э377* и Э378* или Ц 33	Амперметр перегрузочный	Диапазон измерений (в скобках перегрузочная часть шкалы) 0,2-1 (1-6) А; 0,6-3 (3-20) А; 1 -5 (5-30) А; 2-10(10-60) А; 4-20 (20-100) А; 3-15(15-80) А; 6-30 (30-200) А; 10-50 (50-300) А; 17-75 (75-400) А 40-80 (40-250) А; 25-100(100-600) А; 30-150(150-800) А; 40-200 (200-1000) А; 60-300 (300-2000) А; 80-400 (400-2500) А; 120-600 (600-3000) А; 150-800 (800-1000) А; 200-1000(1000-6000) А; 300-1500(1500-8000) А; 600-3000 (3000-20000) А; 0,8-4 (4-25) кА; 1-5 (5-30) кА; 1,2-6 (6-30) кА; 1,5-8 (8-40) кА; 2-10(10-60) кА; 3-15(15-90) кА; 5-25 (25-150) кА;	1,5	Переменный 50 или 60Гц.
Э377* и Э378* или Ц 33	Амперметр	50 А;	1,5	Переменный 200 Гц
Амперметр	1,2,3,5,10,20,30,50,75, 100, 150, 200, 300 А.	Переменный 500 Гц
Вольтметры, киловольтметры	1;1,5;3;7,5;15;30;50;150, 250,500; 600 В	Переменный 50 Гц
Номинальное напряжение (диапазон измерений) 36(30-40); 100(90-120); 127 (110-150); 220 (190-250); 380 (320-420) В
Диапазон измерений: 7,5-15; 75-150; 30-300; 150-300-600 В
Вольтметры, киловольтметры	0,5; 1;1,5; 3;15; 30; 50; 75; 100; 150; 250; 500;600 В;	Переменный 50 Гц, 60 Гц
450, 600, 750 В; 3,5; 7,5; 12,5; 15; 17,5; 20; 25; 40; 125; 175; 250; 400; 600 кВ
250В	Переменный 200 Гц
15, 30, 50, 150, 250, 500, 600 В	1,5	Переменный 500 Гц
МЗЗО	Миллиамперметры	0,5; 1,5; 10; 50; 100; 150:300; 500 мА; 0,5-0-0,5; 1-0-1; 5-0-5; 10-0-10; 15-0-15; 50-0-50; 100-0-100; 150-0-150 300-0-300; 500-0-500 мА	1,5	Постоянный
Амперметры	1, 2, 3, 5, 10, 30, 1-0-1, 2-0-2, 3-0-3, 5-0-5, 10-0-10, 15-0-15, 50-0-50, 100-0-100, 150-0-150, 300-0-300, 500-0-500 А.
Килоамперметры	1:1,5; 2; 3:4; 5; 6; 1-0-1; 1,5-0-1,5; 2-0-2; 3-0-3; 4-0-4; 5-0-5; 6-0-6 кА.
Вольтметры	3:7,5; 15; 30; 75; 150:250; 300;500; 600 В; 3-0-3; 7,5-0-7,5; 15-0-15; 30-0-30; 50-0-50; 75-0-75; 150-0-150:250-0-250; 300-0-300; 500-0-500; 600-0-600 В
Киловольтметры	1; 11,5; 3; 1-0-1; 1,5-0-1,5; 3-0-3 кВ
М367	Амперметры	С нулём слева С нулём посередине 1 А 1-0-1 А 2 А 2-0-2 А 3 А 3-0-3 А 5 А 5-0-5 А 10 А 10-0-10 А 20 А 20-0-20 А 30 А 30-0-30 А 50 А 50-0-50 А 75 А 75-0-75 А 150 А 150-0-150 А 200 А 200-0-200 А 300 А 300-0-300 А	1,5	Постоянный
М367	Амперметры	500А 500-0-500 А 750 А 750-0-750 А 1,0 кА 1,0-0-1,ОкА 1,5кА 1,5-0-1,5кА 2,0 кА 2,0-0-2,0 кА 3,0 кА 3,0-0-3,0 кА 4,0 кА 4,0-0-4,0 кА 5,0 кА 5,0-0-5,0 кА 6,0 кА 6,0-0-6,0 кА 7,5 кА 7,5-0-7,5 кА
М367	Вольтметры	3,0 В 3,0-0-3,0 В 7,5 В 7,5-0-7,5 В 15 В 15-0-15 В 30 В 30-0-30 В 50 В 50-0-50 В 75 В 75-0-75 В 150В 150-0-150 В 250 В 250-0-250 В 300 В 300-0-300 В 400 В 400-0-400 В 500 В 500-0-500 В 600 В 600-0-600 В 750 В 750-0-750 В 1 кВ 1-0-1 кВ 1,5кВ 1,5-0-1,5 кВ 3 кВ 3-0-3 кВ
М367	Миллиамперметры	1 мА 1-0-1 мА 3 мА 3-0-3 мА 5 мА 5-0-5 мА 10мА 10-0-1 ОмА 15мА 15-0-15 мА 30 мА 30-0-30 мА 50 мА 50-0-50 мА 75 мА 75-0-75 мА 100мА 100-0-100 мА 150мА 150-0-150 мА 300 мА 300-0-300 мА 500 мА 500-0-500 мА 10/100 мА 10/200 мА 50/250 мА	1,5	Постоянный