Изучение электроизмерительных приборов.

Изучение электроизмерительных приборов. измерение мощности электролампы

Изучение электроизмерительных приборов.

Электроизмерительным прибором называется устройство, предназ-наченное для измерения электрических величин: тока, напряжения и т.п. Все электроизмерительные приборы подразделяются на приборы непосредственной оценки и приборы сравнения.

В приборах первого типа измеряемая величина отсчитывается по показаниям предварительно отградуированных приборов. В приборах второго типа в процессе измерения производится прямое сравнение с эталонной мерой (компенсаторы, мосты).

В данной работе будут рассмотрены электроизмерительные приборы непосредственной оценки.

Основными данными, характеризующими электроизмерительный прибор, являются: система, класс точности, пределы измерения, чувствительность и внутреннее сопротивление прибора. Все эти данные обычно отмечены на шкале прибора условными знаками.

Из основных технических требований, предъявляемых к электроиз-мерительным приборам, следует указать следующие: прибор должен потреблять малую мощность и не вносить заметных искажений в электрическую цепь.

В зависимости от того, какое физическое явление положено в основу действия прибора, электрические измерительные приборы подразделяются на следующие системы: магнитоэлектрическую, электромагнитную, электродинамическую, ферродинамическую, индукционную, термоэлектрическую, вибрационную, тепловую, детекторную, электронную, фотоэлектрическую, электролитическую, электростатическую.

Устройство приборов некоторых наиболее распространенных систем будет рассмотрено ниже.

3.1 Основные характеристики электроизмерительных приборов

3.1.1. Класс точности

Все электроизмерительные приборы разделяются на 8 классов: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0. Класс точности прибора g численно равен выраженной в процентах относительной погрешности вида измерения

,

где DA — максимальная абсолютная погрешность;
— максимальное значение диапазона прибора.

Пример. Миллиамперметром на 75 мА измерен ток 30 мА. Класс точ-ности прибора 0,2, то есть g = 0,2%. Следовательно, максимальная воз-можная ошибка при измерении любого тока в пределах 0…75 мА будет

и относительная погрешность измерения тока 30 мА равняется:

3.1.2 Чувствительность

Чувствительностью электроизмерительного прибора называется отношение линейного или углового перемещения указателя к измеряемой величине, вызвавшей это перемещение, т. е. ,

где n — угловое или линейное перемещение (число делений, соответст-

вующее положению указателя);

x — измеряемая величина.

Пример. При измерении тока I = 2,5 А указатель прибора изменил свое положение на n = 50 делений. Следовательно, чувствительность прибора по току будет равна

3.1.3 Пределы измерений и цена деления

Значение измеряемой величины, при котором стрелка прибора от-клоняется до конца шкалы, называется пределом измерения этого при-бора Ам.

Электроизмерительные приборы могут иметь несколько пределов измерений (многопредельные приборы). Необходимо помнить, что при измерениях таким прибором на различных пределах цена деления будет различной.

Цена деления прибора равна значению измеряемой величины, соответствующей одному делению шкалы прибора.

Пример. Амперметр имеет два предела измерений: 15 А и 30 А. Шкала имеет 150 делений. Цена деления для предела 15 А равна для предела 30 А равна .

3.2 Системы электроизмерительных приборов

3.2.1 Магнитоэлектрическая система (рисунок 1)

Приборы этой системы предназначены для измерений величины тока и напряжения в цепях постоянного тока. Схема устройства прибора магнитоэлектрической системы следующая.

Между полюсами постоянного магнита расположена рамка, по виткам которой протекает измеряемый ток. При отсутствии тока плоскость витков рамки располагается параллельно силовым линиям магнитного поля. При прохождении тока рамка стремится повернуться так, чтобы ее плоскость оказалась перпендикулярной силовым линиям магнитного поля. Этому повороту противодействует пружина.

Как только момент силы упругости пружины М2 станет равным моменту силы взаимодействия магнитных полей — поля тока и поля постоянного магнита М1, рамка останавливается. К рамке неподвижно прикреплена стрелка, которая дает возможность по шкале произвести отсчет измеряемой величины тока или напряжения.

Вращающий момент, возникающий из-за взаимодействия магнит-ных полей, пропорционален току, текущему по рамке:

Противодействующий момент пружины пропорционален углу поворота рамки (углу закручивания пружины): Отсюда т. е. угол поворота рамки, а следовательно, и стрелки, пропорционален силе тока, что обеспечивает равномерность шкалы прибора.

Достоинствами магнитоэлектрических приборов являются: высокая чувствительность и точность показаний, равномерность шкалы, малая чувствительность к внешним магнитным полям.

3.2.2 Электромагнитная система (рисунок 2)

Приборы электромагнитной системы предназначаются для измере-ния силы тока и напряжения в цепи переменного тока. Принцип действия приборов этой системы основан на взаимодействии магнитного поля катушки, по которой протекает измеряемый ток, и железного или ферритового сердечника, являющегося подвижной частью.

Железный сердечник в форме круглой пластины закреплен эксцентрично на оси. При прохождении тока по неподвижной катушке сердечник втягивается внутрь катушки так, чтобы его пересекало как можно больше силовых линий магнитного поля.

Движению сердечника противодействует спиральная пружина. Магнитное поле катушки пропорционально току, намагничивание сердечника тоже увеличивается с возрастанием тока.

Поэтому можно приблизительно считать, что в электромагнитном приборе вращающий момент М1 пропорционален квадрату тока (k1 — коэффициент пропорциональности, зависящий от конструкции прибора).

Противодействующий момент М2, создаваемый пружиной, пропорционален углу поворота подвижной части прибора: , k2 — коэффициент пропорциональности, зависящий от упру-гих свойств пружины).

Сердечник при прохождении тока останавливается тогда, когда мо-менты М1 и М2 окажутся равными, т.е.

Отсюда видно, что у приборов электромагниткой системы отклонение стрелки, скрепленной с сердечником, пропорционально квадрату тока, т.е. шкала такого прибора неравномерна. С изменением направления тока меняется как направление магнитного поля неподвижной катушки, так и полярность магничивания сердечника.

Поэтому при изменении направления тока сердечник не будет выталкиваться, а будет втягиваться. Таким образом, приборы электромагнитной системы можно применять при измерениях как постоянного тока, так и переменного. В этом основное достоинство приборов этой системы.

Кроме того, к достоинствам этих приборов нужно отнести: простоту конструкции, механическую прочность, выносливость в отношении перегрузок.

Недостатками приборов электромагнитной системы являются: не-равномерность шкалы, меньшая точность, чем у магнитоэлектрических приборов, большая зависимость показаний от внешних магнитных полей.

3.2.3 Электродинамическая система (рисунок 3)

Электродинамические измерительные приборы предназначены для измерения тока, напряжения и мощности в цепях постоянного и пере-менного тока.

Принцип действия приборов электродинамической системы основан на взаимодействии катушек, по которым протекает измеряемый ток. Таким образом, приборы электродинамической системы отличаются от приборов магнитоэлектрической системы тем, что магнитное поле создается не постоянным магнитом, а катушкой, питаемой измеряемым током.

На рисунке 3 схематически изображен прибор электродинамической системы. Внутри неподвижно закрепленной катушки 1 может вращаться на оси подвижная катушка 2, с которой жестко связана стрелка 3, перемещающаяся над шкалой. Измеряемый ток протекает через обе катушки. Внутри каждой катушки возникает магнитное поле.

Взаимо-действие магнитных полей и приводит к созданию вращающего момента М1, под влиянием которого подвижная катушка будет стремиться повернуться так, чтобы плоскость ее витков стала параллельна плоскости витков неподвижной катушки, а их магнитные поля совпали бы по направлению. Этому противодействует пружина.

Подвижная катушка останавливается тогда, когда вращающий момент станет равным противодействующему.

Катушки в электродинамических приборах, в зависимости от наз-начения, соединяются между собой параллельно или последовательно. Если катушки прибора соединить параллельно, то он может быть ис-пользован как амперметр. Если же катушки соединить последовательно и присоединить к ним добавочное сопротивление, то прибор может быть использован как вольтметр.

В первом приближении вращающий момент, действующий на под-вижную катушку, пропорционален как току, протекающему по подвижной катушке I1, так и току, протекающему по неподвижной катушке I2:

Противодействующий момент, создаваемый пружиной, пропорци-онален углу закручивания, т.е. углу поворота стрелки Подвижная катушка останавливается, когда , т.е. или

(1)

Если катушки соединены последовательно, то I1=I2 и .

Отсюда видно, что шкала электродинамического прибора неравно-мерна. Тем не менее, совершенствованием конструкции катушек можно улучшить шкалу, приблизить ее к равномерной.

При перемене направления тока в обеих катушках направление вращающего момента не меняется, т.е. приборы этой системы пригодны для измерения как постоянного, так и переменного тока.

3.2.4 Электродинамический ваттметр (рисунок 4)

Устройство электродинамического ваттметра принципиально такое же, как и электродинамических амперметра и вольтметра, отличия заключаются лишь в параметрах катушек и в способе их подключения. Ваттметр имеет не менее 3…

6 контактов. Неподвижная катушка ватт-метра намотана толстым проводом и включается последовательно с тем участком цепи, мощность которого измеряется.

Подвижная катушка содержит большое число витков тонкой проволоки и подклю-

чается параллельно потребителю. Последовательно с подвижной катушкой вводится добавочное сопротивление. Ток, идущий по подвижной катушке, пропорционален напряжению, подаваемому на нагрузку:

Угол отклонения стрелки прибора в соответствии с (1):

Так как — мощность, потребляемая на нагрузке, то

(2)

Таким образом, отклонение подвижной части пропорционально мощности, и поэтому шкалу прибора можно проградуировать в ваттах. Из формулы (2) следует, что шкала ваттметра равномерна.

3.2.5 Электрический счетчик (рисунок 5)

Рисунок 5

Прибор электро-ди-намической системы можно использовать и для определения рабо-ты тока. Такие приборы называются счетчиками. Работу, произведенную током, мож-но подсчитать по формулам т.е. счетчик является интегрирующим прибором.

Для того, чтобы прибор электродинамической системы сделать счетчиком, нужно к оси подвижной катушки не прикреплять пружину, а насадить на ось металлический диск, который, вращаясь, проходит между полюсами постоянного магнита.

При движении диска в магнитном поле в нем будут возникать ин-дукционные токи Фуко. Взаимодействие магнитных полей (магнитного поля токов Фуко и магнитного поля постоянного магнита) приведет к возникновению тормозящего момента.

Величина индукционных токов Фуко пропорциональна скорости изменения магнитного потока, пронизывающего диск, то есть пропор-циональна угловой скорости вращения. Следовательно, и тормозящий момент М2 будет пропорционален угловой скорости:

Если подвижную катушку прибора подключить параллельно нагрузке, а неподвижную — последовательно, то вращающий момент М1 будет пропорционален мощности

Диск будет вращаться равномерно тогда, когда сумма моментов всех сил, действующих на него, будет равна нулю, то есть когда вращающий момент будет равен тормозящему: M1 = M2, или

, откуда

Интегрирование последнего равенства дает

. (3)

Таким образом, угол поворота подвижной части прибора будет пропорционален работе, производимой током.

Вал счетчика связывается через червячную передачу с десятичным счетным механизмом, который считает число оборотов. Из формулы (3) следует, что число оборотов оси вала счетчика пропорционально произведенной работе.

3.2.6 Тепловая система (рисунок 6)

Принцип действия приборов тепловой системы основан на измене-нии длины проводника, по которому протекает ток, вследствие его на-гревания.

Рисунок 6

Устройство при-бора тепловой систе-мы схематически по-казано на рисунке 6. Измеряемый ток проходит по проволоке 1, концы которой закреплены. Эта проволочка изготовляется из сплава пла-тины с иридием или серебром.

К ней посередине припаяна другая металлическая проволока 2, ко-торая оттягивается тонкой шелковой нитью, перекинутой через блок-ролик. Конец этой нити прикреплен к стальной пружине, которая и производит натяжение нити.

К блоку прикреплена стрелка прибора, перемещающаяся над шкалой.

При протекании тока по проволоке 1 происходит ее нагревание, в ре-зультате чего она удлиняется, натяжение проволоки 2 и нити ослабевает, пружина отходит влево, что и вызывает отклонение стрелки.

Так как количество теплоты, выделяемой током, пропорционально среднему значению квадрата тока и не зависит от направления тока, то приборы тепловой системы пригодны для измерения как постоянного, так и переменного тока.

Однако шкала прибора неравномерна.

3.2.7 Внутреннее сопротивление приборов

По роду измеряемой величины приборы делятся на амперметры, вольтметры, омметры, ваттметры и т.д.

АМПЕРМЕТРЫ — приборы, служащие для измерения величины тока и ВОЛЬТМЕТРЫ — приборы, служащие для определения напряжения на каком-либо участке цепи, могут иметь одинаковую принци-пиальную схему устройства. Отличаются такие приборы лишь внутренними характеристиками и способом подключения.

Амперметр включается в цепь последовательно, так как через прибор должен пройти весь ток, величина которого измеряется. Внутреннее сопротивление амперметра должно быть малым, чтобы присутствие измерительного прибора как можно меньше влияло на работу цепи.

Мощность потерь в амперметре рассчитывается по формуле: из которой видно, что потери будут тем меньше, чем мень-ше сопротивление прибора Rвн.

Вольтметр подключается параллельно тому участку цепи, напряже-ние на котором необходимо измерить. Чтобы через вольтметр шел как можно меньший ток, внутреннее сопротивление вольтметра должно быть большим.

Мощность потерь в вольтметре рассчитывается по формуле: Из этой формулы следует, что потери меньше тогда, когда внутреннее сопротивление прибора велико.

По роду используемого тока все приборы делятся на 3 типа: прибо-ры, применяемые в цепях постоянного тока, приборы, применяемые в цепях переменного тока, приборы, которые могут быть использованы как в цепях постоянного тока, так и в цепях переменного тока.

Каждый прибор имеет на панели знак:

На панели прибора также имеется значок, показывающий систему прибора:

3.3 Переменные резисторы

Для изменения режимов работы электрической цепи применяются переменные резисторы, которые можно включать в схему различными способами. Рассмотрим два способа включения резистора в схему.

3.3.1 Реостаты

Рисунок 7

Переменный резистор, включенный в схему последовательно, называется реостатом (рисунок 7). С помощью реостата можно менять величину тока в цепи.

Когда движок реостата С на-ходится в точке А, ток в цепи имеет максимальное значение. Когда движок С сдвинут в точку В, ток в цепи минимален. Однако теоретически уменьшать ток до нуля при таком подключении переменного резистора невозможно (для этого необходимо иметь бесконечно длинный реостат).

3.3.2 Потенциометры

Потенциометрический способ включения переменного резистора в схему приведен на рисунке 8.

Если движок С подвинуть к точке В, то разность потенциалов между точками В и С будет равна нулю, по участку ВVАС ток не потечет.

Отодвигая движок от точки В, мы увеличивает разность по-тенциалов между точками В и С. Чем дальше мы отодвигаем дви-жок, тем большая разность по-тенциалов возникает между точками В и С, т.е. тем большее напряжение подается на нагрузку. Когда движок переместится в точку А, то на нагрузку будет сниматься максимальное напряжение, равное напряжению источника тока.

Рисунок 8

Величина тока нагрузки тоже будет меняться при перемещении движка от точки А к точке В от максимального значения до нуля.

3.4 Расчет характеристик приборов при сборке схемы

При сборке потенциометра необходимо обратить внимание на маркировку прибора, в которой указано, для каких режимов работ, он предназначен (дано R и Imax).

Чтобы выяснить, пригоден ли данный резистор в данной схеме, нужно произвести следующий расчет. Предположим, что к источнику напряжением 220 В подключаем резистор сопротивлением 300 Ом, тогда при отключенной нагрузке (или точки В и С совмещены) по сопротивлению потечет ток iAB.

Если движок C отодвинуть от точки В, ток потечет и по нагрузке. Пусть величина тока нагрузки iн. На основании закона Кирхгофа ток на участке АС равен сумме токов на нагрузке и на участке ВС:

iАС = iн +iвс.

При перемещении движка от точки В к точке А ток на нагрузке все возрастает (так как все большее напряжение подается на нагрузку). Следовательно, возрастает и ток на участке АС.

Когда движок близок к точке А, по участку АС течет ток, равный практически ,

где

Если лампа накаливания рассчитана на 60 Вт, то

Для потенциометрического включения переменного резистора в цепь необходимо, чтобы допустимое значение тока через резистор было больше или равно сумме максимальных токов нагрузки и реостата, замкнутого на источник питания.

Далее при сборке схемы необходимо выяснить, какого диапазона приборы нужно использовать.

Диапазоном или пределом измерения приборов называется то мак-симальное значение измеряемой величины, при котором стрелка при-бора отклоняется до конца шкалы.

Расчет производить следующим образом.

Пример. Мощность используемой лампы 60 Вт, напряжение источника 220 В, соответственно, максимальный ток, который может течь в цепи лампы

следовательно, диапазон амперметра должен быть не менее 300 мА.

Абсолютная ошибка измерения у данного прибора постоянная при фиксированном пределе измерения. Как было сказано выше, она равна пределу измерения, умноженному на класс точности и деленному на 100%.

Относительная ошибка данного измерения равна абсолютной ошибке, деленной на результат измерения:

Чем больше измеренная величина i, тем точнее она определяется. И следовательно, нужно избегать таких измерений, при которых измеряемая величина намного меньше ее предельного значения, т.е. диапазона.

Максимальное напряжение на лампе будет порядка 220 В, следова-тельно, нужно подобрать вольтметр соответствующего диапазона (по-рядка 300 В).

3.5 Подключение ваттметра в цепь для измерения мощности

Ваттметр, используемый в данной лабораторной работе, много-диапазонный или многопредельный прибор. Подвижная катушка ватт-метра имеет несколько различных добавочных резисторов. Подключение добавочных резисторов приводит к изменению диапазона прибора.

Неподвижная токовая катушка также состоит из двух секций, кото-рые можно подключать либо последовательно, либо параллельно. При этом меняется сопротивление неподвижной катушки, что также приводит к изменению диапазона прибора.

Добавочные резисторы подключаются с помощью рукоятки А (рисунок 9). Переключение секций неподвижной катушки производят с помощью латунных планок.

Для определения диапазона (предела измерения) ваттметра необхо-димо умножить предел измерения по напряжению — число, стоящее против точки на рукоятке А, на меньший предел измерения по току, если ваттметр подключен в соответствии с рисунком 9 а), и на больший предел измерения по току, если прибор подключен в соответствии с рисунком 9 б).

а) б) Рисунок 9

Чтобы выразить показания ваттметра в ваттах, надо найти цену деления прибора (ц.д.). Для этого диапазон ваттметра W0 надо разделить на полное число делений на шкале nmax, т.е. Тогда показание прибора x равно n.(ц.д.), где n — число делений, показываемых стрелкой прибора при данном измерении.

4 Порядок выполнения работы

4.1 А. Выяснить мощность лампы накаливания. Определить пригод-ность данного резистора как потенциометра расчетом, приведенным в пункте 3.4.

Б. Рассчитать необходимые диапазоны амперметра и вольтметра, согласно пункту 3.4, установить их на приборах.

В. Выбрать пределы измерения по току и по напряжению на ваттметре и установить их на приборе, как показано в п. 3.5. Рассчитать диапазон ваттметра.

Рисунок 10

4.2 Занести в отчет данные всех электроизмерительных приборов: сис-тему прибора, класс точности, диапазон, число делений шкалы.

4.3 Собрать электричес-кую цепь, согласно схеме, изображенной на рисунке 10. При включении ваттметра в цепь нужно соединять вместе концы от неподвижной и подвижной катушек, обозначенные звездочками.

4.4 Перед тем, как подать питание в схему, необходимо обязательно установить движок потенциометра так, чтобы напряжение на нагрузке отсутствовало (то есть движок совместить с точкой В). Подать напряжение на потенциометр.

4.5 С помощью потенциометра установить значения напряжения на лампе накаливания по указанию преподавателя.

4.6 Для каждого заданного значения напряжения снять показания амперметра, вольтметра и ваттметра, результаты занести в таблицу 1.

Таблица 1

U DUI DI Wизм DWизм Wрасч DWрасч
ц.д.=… ц.д.=… ц.д.=…
дел В В дел мА мА дел Вт Вт % Вт Вт %

4.7 После снятия показаний приборов отключить питание.

4.8 Определить для каждого измерения абсолютные и относительные приборные погрешности амперметра, вольтметра и ваттметра.

4.9 Рассчитать для каждого измерения мощность лампы накаливания по показаниям амперметра и вольтметра:

Wрасч = I.U.

4.10 Определить погрешности:

и e,

где I и U — измеренные значения тока и напряжения;

DI и DU — приборные погрешности амперметра и

вольтметра;

4.11 Сделать выводы по работе, окончательный результат представить в виде:

Ui : Wiизм = Wi ± DWi ; Wiрасч = Wi ± DWi ; .

Дата добавления: 2016-01-03; просмотров: 2940; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

ПОСМОТРЕТЬ ЁЩЕ:

Источник: https://helpiks.org/6-37762.html

Изучение электроизмерительных приборов

Изучение электроизмерительных приборов.

ID: 42458

Название работы: Изучение электроизмерительных приборов

Категория: Лабораторная работа

Предметная область: Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Описание: Производят электроизмерительными приборами.

Механическое усилие развиваемое механизмом электроизмерительного прибора отклоняет стрелку на угол пропорциональный измеряемой величине вращает диск счётчика или перемещает перо самописца по бумажной ленте фиксируя результаты измерения. Результаты измерений в них индуцируются в виде светящихся цифр на табло прибора. Градуировку и поверку рабочих приборов производят по образцовым приборам.

Язык: Русский

Дата добавления: 2013-10-29

Размер файла: 189.5 KB

Работу скачали: 113 чел.

Лабораторная работа № 1

Изучение электроизмерительных приборов

Цель работы: изучить устройство, принцип действия и характеристики основных электроизмерительных приборов.

Оборудование: набор электроизмерительных приборов, источник питания, реостаты.

1.1. Краткие теоретические сведения

Измерение электрических величин (тока, напряжения, частоты, фазы, мощности, энергии и т.д.) производят электроизмерительными приборами.

В основу принципа действия приборов положен результат взаимодействия либо магнитных полей постоянного магнита и катушки, по которой протекает ток, либо двух катушек с током, либо электростатических зарядов и других факторов, способных так или иначе превратить электрическую энергию в механическую.

Механическое усилие, развиваемое механизмом электроизмерительного прибора, отклоняет стрелку на угол, пропорциональный измеряемой величине, вращает диск счётчика или перемещает перо самописца по бумажной ленте, фиксируя результаты измерения.

Большое распространение получили также цифровые электроизмерительные приборы, не имеющие механических показывающих или регистрирующих устройств. Результаты измерений в них индуцируются в виде светящихся цифр на табло прибора.  

Принцип действия цифровых измерительных приборов основан на преобразовании измеряемого непрерывного сигнала в электрический код, отображаемый в цифровой форме.

В общем случае цифровой прибор содержит входное устройство, аналогово-цифровой преобразователь и цифровое отсчетное устройство. Входное устройство предназначено для обеспечения большого входного сопротивления, изменения пределов измерения и определения полярности входного устройства.

Аналогово-цифровой преобразователь преобразует аналоговую величину в дискретный сигнал в виде электрического кода, пропорциональный измеряемой величине. Результат измерения регистрируется на табло цифрового отсчетного устройства.

Достоинствами цифровых приборов являются: малые погрешности измерения (0,1 – 0,001%) в широком диапазоне измеряемых сигналов, высокое быстродействие (до 500 измерений/с), выдача результатов измерений в цифровом виде, возможность документальной регистрации измеряемой информации с помощью цифропечатающих устройств и ввода её в ПЭВМ для последующей обработки.

Электрический сигнал, воспринятый цифровым датчиком, может также непосредственно восприниматься специально созданной компьютерной программой с дальнейшей машинной обработкой и представлением результатов измерений в форме табличного и графического представления на экране монитора или распечатки принтере.

Электроизмерительные приборы, предназначенные для непосредственных измерений, называют рабочими. Градуировку и поверку рабочих приборов производят по образцовым приборам.

Образцовые приборы, изготовленные с наивысшей достижимой точностью, называют эталонными.

Последние, в свою очередь, также подразделяются на рабочие, используемые только для поверки образцовых приборов, и государственные, хранимые в специальных учреждениях и служащие для воспроизведения и поверки рабочих.

Измерительные приборы различают по назначению, конструкции, роду измеряемой величины, условиям эксплуатации, принципу действия, классу точности и другим признакам.

В зависимости от условий эксплуатации измерительные приборы по исполнению разделяют на три группы: А − для работы в сухих отапливаемых помещениях, Б − в закрытых неотапливаемых помещениях и В − в полевых (В1) или морских (В2) условиях.

По защищённости от внешних полей приборы разделяют на две категории с допускаемыми изменениями в показаниях по классам точности.

Устойчивость к механическим воздействиям определена следующими категориями: обыкновенные, обыкновенные с повышенной прочностью и устойчивые к механическим воздействиям, нечувствительные к тряске (ТП), вибропрочные (ВП), тряскоустойчивые (ТН), нечувствительные к вибрациям (ВН) и ударопрочные (УП).

В зависимости от рода измеряемой величины приборы подразделяют на амперметры, вольтметры и т.д. и комбинированные, измеряющие две и более величины (например, ампервольтметры, авометры).

По способу преобразования энергии измеряемой величины во вращающий момент, действующий на подвижную часть, а также по конструктивным особенностям самого измерительного механизма приборы разделяют на магнитоэлектрические, электромагнитные, термоэлектрические и другие.

Во всём многообразии электроизмерительных приборов помогает разобраться специальная система условных обозначений, наносимых на шкалу (рис. 1.1).

Кроме того, на шкале указывают род измеряемой величины (V − напряжение, вольты; A − ток, амперы; W − мощность, ватты и т.п.

), категорию защищённости прибора от внешних полей, год выпуска и порядковый номер серии, товарный знак (фабричная марка) завода изготовителя (табл.1.1; 1.2).

В качестве примера на рис. 1.1. дана иллюстрация внешнего вида многопредельных вольтметра (рис. 1.1. а) и миллиамперметра (рис. 1.1. б). Предел измерения задаётся кнопочным переключателем с указанием предела в единицах измеряемой величины.

Вольтметр предназначен для работы в цепях постоянного тока, принцип его действия магнитоэлектрический с подвижной рамкой (табл. 1.1), рабочее положение − вертикальное, класс точности 0,5.

Миллиамперметр может быть использован в цепях постоянного и однофазного переменного токов, принцип действия − электромагнитный, рабочее положение − горизонтальное, класс точности 1,0. Изоляция обоих приборов испытана при напряжении 2 кВ.

Таблица 1.1. Условные обозначения на электроизмерительных

приборах

Таблица 1.2. Дополнительные обозначения на электроизмерительных приборах

Электроизмерительный прибор механического действия, включённый в измеряемую цепь, потребляет из неё некоторую энергию, расходуемую на перемещение (вращение) подвижных частей измерительного механизма, нагревание проводов рамки, добавочных резисторов и других вспомогательных элементов. Эта энергия называется собственным потреблением прибора. Собственное потребление − важный параметр электроизмерительного прибора: чем оно больше, тем «грубее» прибор и тем большее влияние он оказывает на режим измеряемой цепи, увеличивая погрешность измерений.

Токоведущие элементы электроизмерительного прибора рассчитаны на длительную эксплуатацию при определённых значениях тока и напряжения. При ошибочном включении в аварийной ситуации ток через прибор и напряжение могут во много раз превышать номинальное.

Перегрузки опасны не столько перегревом или пробоем электрической изоляции, сколько динамическими нагрузками, вызывающими механические повреждения деталей и узлов прибора. В паспорте для каждого типа приборов указывают перегрузочную способность, которая нормируется государственным стандартом.

Электрическая прочность изоляции токоведущих частей прибора имеет немаловажное значение. Существенная утечка тока через изоляцию приводит к погрешностям в измерениях и может являться причиной поражения электрическим током обслуживающего персонала.

Значение синусоидального напряжения частотой 50 Гц, которое выдерживает изоляция проводников и элементов прибора в течение одной минуты, обычно указано на его шкале в киловольтах.

1.2. Чувствительность, цена деления, погрешность и входное

сопротивление измерительных приборов

Есть общие для всех электроизмерительных приборов характеристики. Это такие, как чувствительность и погрешность.

Чувствительностью электроизмерительных приборов называется отношение линейного или углового перемещения указателя  к изменению измеряемой величины х, вызывающему это перемещение

                                                    (1.1)

Величина С = 1/S называется ценой деления и определяет значение электрической величины, вызывающей отклонение на одно деление. Если шкала прибора имеет n делений, а A − предел шкалы (максимальное показание), то

                                                    (1.2)

Результат измерения всегда отличается от истинного значения измеряемой величины. Величина отклонения от истинного значения характеризуется погрешностью измерения. Если в качестве действительного значения измеряемой величины принимается величина, получаемая при измерении образцовым прибором, то тогда абсолютная погрешность

                                                    (1.3)

где  − показания прибора; 0 − действительное значение измеряемой величины.

Относительная погрешность, %,

                                                    (1.4)

В большинстве случаев для характеристики точности электроизмерительных приборов пользуются приведенной погрешностью, %,

                                                    (1.5)

Где А − предел шкалы прибора (максимальное показание).

По значению приведенной погрешности приборы делят на группы по классу точности. Класс точности характеризуется числом, показывающим наименьшее допустимое значение основной приведенной погрешности.

Абсолютная погрешность может быть определена по известному классу точности из выражения (1.5). Например, класс точности 0,5 вольтметра с верхним пределом измерения 150 В означает, что его абсолютная погрешность составляет 0,75 В:

                                         (1.6)

Согласно ГОСТу приборы делятся на восемь классов точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5 − прецезионные; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0 − технические.

Входное сопротивление прибора − это сопротивление прибора со стороны его входных зажимов. Чем больше входное сопротивление вольтметра, тем меньшее влияние оказывает прибор на измеряемую цепь и тем меньше погрешность измерений.

Для амперметра − наоборот: чем меньше входное сопротивление, тем меньше погрешность.

По этой причине амперметры, как правило, изготовляются с малыми внутренними сопротивлениями в расчёте, что при эксплуатации они будут включаться в цепь последовательно с нагрузкой.

Иное включение в цепь амперметра (без последовательно подсоединённой нагрузки) ведёт к мгновенному выходу прибора из строя и категорически воспрещается!!!  

1.3. Принципы действия электроизмерительных приборов

1.3.1. Приборы магнитоэлектрической системы

Предназначены для измерения силы тока и напряжения в цепях постоянного тока. Принцип действия приборов магнитоэлектрической системы (рис. 1.2.

) основан на взаимодействии магнитного поля постоянного магнита 2 с магнитным полем лёгкой подвижной рамки 3, по которой протекает измеряемый ток.

В результате этого взаимодействия возникает вращающий момент М1, под действием которого подвижная часть прибора вместе со стрелкой 1 поворачивается вокруг своей оси 6

                                                    (1.7)

Противодействующий момент создаётся закручивающимися спиральными пружинами 7, причём

                                                    (1.8)

где  − угол поворота при закручивании пружины. Вращающий момент М1  уравновешивается вращающим моментом М2 закручивающихся спиральных пружин, и при достижении равновесия

                                                    (1.9)

Отсюда видно, что зависимость угла поворота рамки от значения тока может иметь линейный характер и шкала может быть равномерной

                                                    (1.10)

если коэффициент k не зависит от угла поворота. Для закручивающихся спиральных пружин k2 не зависит от угла поворота, следовательно, необходимо обеспечить только постоянство k1.

Независимым от угла поворота k1 будет только при движении рамки с током в радиальном магнитном поле, при взаимной перпендикулярности вектора индукции  и нормали к поверхности плоской рамки (рис. 1.2. б).

Необходимую конфигурацию магнитного поля по траектории движения рамки с током задают с помощью магнитопровода, расположенного между полюсами постоянного магнита, состоящего из ферромагнитных наполюсников и цилиндра,  как указано на рис. 1.2. б.

1.3.2. Приборы электромагнитной системы.

Предназначены для измерения силы тока и напряжения в цепях переменного и постоянного токов. Принцип действия приборов электромагнитной системы основан на взаимодействии магнитного поля катушки 3 (рис. 1.3.

), по которой протекает измеряемый ток, и эксцентричного укреплённого на оси железного сердечника 4, являющегося подвижной частью прибора.

Под действием магнитного поля катушки сердечник, стремясь расположиться так, чтобы его пересекало возможно большее число силовых линий, втягивается в катушку и поворачивается по мере увеличения в ней силы тока. Противодействующий момент создаётся спиральной пружиной 1.

Приборы электромагнитной системы снабжены воздушным успокоителем, представляющим собой камеру 6, в которой перемещается алюминиевый поршенёк 7 (демпфер). При повороте сердечника поршенёк встречает сопротивление воздуха, вследствие чего колебания подвижной части быстро затухают.

Демпфирующее устройство может быть также основано на взаимодействии токов Фуко, возникающих в сердечнике, связанном с осью прибора 5, при его перемещении в магнитном поле вспомогательного постоянного магнита.

Магнитное поле катушки пропорционально измеряемому току. Намагничивание железного сердечника также возрастает с увеличением тока. Поэтому можно сказать, что вращающий момент пропорционален квадрату тока:

                                                    (1.11)

Противодействующий момент , создаваемый спиральной пружиной 1, пропорционален углу поворота подвижной части прибора:

                                                    (1.12)

При равновесии , откуда

                                                    (1.13)

Для измерения параметров переменного тока важно то, что показания прибора не зависят от направления тока в катушке (I2), но, при этом, шкала приборов электромагнитной системы нелинейная.

Подбором формы сердечника удаётся в основном диапазоне измерений приблизить шкалу к линейной.

Однако, диапазон, соответствующий малым значениям тока в катушке, как правило, выпадает из области измерений и на шкале ограничивается чёрной точкой (рис. 1.1. б).

Приборы электромагнитной системы просты по конструкции и недороги. Точность этих приборов зависит от внешнего магнитного поля, частоты измеряемого переменного тока и т.д. Следует отметить, что точность приборов электромагнитной системы, по сравнению с приборами других систем невелика.

1.3.3. Приборы электродинамической системы

Предназначены для измерения тока, напряжения, мощности в цепях постоянного и переменного тока. Принцип действия приборов электродинамической системы основан на взаимодействии катушек, по которым протекает измеряемый ток. На рис. 1.4.

схематично изображено устройство электродинамического прибора. Внутри неподвижно закреплённой катушки 2 может вращаться на оси 5 подвижная катушка 3, с которой жёстко связана стрелка 1. Противодействующий момент создаётся спиральной пружиной 6.

Для устранения колебаний подвижных частей прибора применяется демпфер 4.

Вращающий момент М1, действующий на подвижную катушку, пропорционален току I1 в неподвижной катушке и току I2 в подвижной катушке:

                                                    (1.14)

Противодействующий момент

                                                    (1.15)

При равновесии  и

                                         (1.16)

Если катушки соединены последовательно, то

                                                    (1.17)

Полученные выражения показывают, что шкала приборов электродинамической системы неравномерна.

При изменении направления тока в обеих катушках направление вращающего момента не изменяется, из чего следует пригодность приборов этой системы для измерения параметров переменного тока. Точность и чувствительность электродинамических приборов для переменного тока очень высоки.

Таблица 1.3. Некоторые условные обозначения в электрических схемах

1.3.5. Устройство многопредельных приборов. Шунтирующие и дополнительные сопротивления

Чтобы увеличить диапазон измерения силы тока в n, раз необходимо, чтобы через амперметр с сопротивлением RA по-прежнему проходил ток силой Imax, а ток (n − 1)Imax проходил через параллельный амперметру шунт Rш (рис. 1.5.). Напряжение между точками А и В

  .              (1.18)

Отсюда видно, что сопротивление шунта    

                          (1.19)

Чтобы увеличить диапазон измерения напряжения в n раз необходимо, чтобы на вольтметр с сопротивлением RV приходилось бы напряжение Umax, а на добавочном сопротивлении (n − 1)Umax (рис. 1.6).

Так как через вольтметр и добавочное сопротивление протекает ток одной и той же силы, то

                                    (1.20)

Откуда добавочное сопротивление

                                       (1.21)

Многопредельные вольтметры и амперметры включают в себя системы шунтов и добавочных сопротивлений, которыми изменяют пределы измеряемых величин.

Многопредельный прибор следует включать так, чтобы относительная погрешность измерения была минимальной. Иногда многопредельные приборы снабжают различными шкалами. Отсчёт производится по шкале, цена деления которой наиболее удобна для снятия отсчётов. Часто приборы имеют одну шкалу. В таких случаях значение измеряемой величины определяется по формуле

                                        (1.22)

где А − максимальное значение измеряемой величины, которое можно определить на данном пределе измерений; ni − показание стрелки прибора в делениях шкалы; n − полное число делений шкалы.

1.4. Влияние измерительных приборов на работу электрической схемы

Всегда надо помнить о том, что включение в схему измерительного прибора изменяет условия её работы. Поэтому измеренные прибором значения силы тока или напряжения будут отличаться от тех значений, которые существуют в схеме без прибора.

Так, если измерять неизвестное сопротивление резистора с помощью амперметра и вольтметра, то нужно подключить резистор к источнику тока и измерить силу тока, текущего через резистор, и напряжение на нем. Затем, используя закон Ома, определить значение неизвестного сопротивления:

                                          (1.23)

Возможные схемы подключения амперметра и вольтметра изображены на рис. 1.7 и рис. 1.8.

Первая схема применяется тогда, когда внутреннее сопротивление вольтметра RV >> RX. Сила тока, измеряемая амперметром,

                                     (1.24)

Если RV >> RX то RX  U1/I1. При этом внутреннее сопротивление амперметра RA влияния на результат измерения не оказывает.

При использовании второй схемы напряжение, измеряемое вольтметром,

                                   (1.25)

И если RX >> RA, то RX  U2/I2. При этом внутреннее сопротивление вольтметра влияния на результат измерения не оказывает.

При значениях RX, RA, RV одного порядка необходимо воспользоваться обеими схемами одновременно. При использовании второй схемы

                                     (1.26)

а при использовании первой схемы, считая, что U2 равно внешнему напряжению, подаваемому на обе схемы, имеем:

                                    (1.27)

Выражая из (1.26) внутреннее сопротивление амперметра

                                       (1.28)

и подставляя его значение в (5), получаем, что

                               (1.29)

Так как порядок величины сопротивления резисторов может быть неизвестен, то необходимо использовать обеими схемами и по полученным результатам определить, какими значениями U и I необходимо пользоваться, чтобы с достаточной точностью рассчитать значение RX.

1.5. Экспериментальные задания

1. Описание технических характеристик приборов.

Получив для работы амперметр и вольтметр, ответьте на следующие вопросы (табл. 1).

Таблица 1.1

НаименованиеАмперметрВольтметр
Марка прибора, заводской номер, год изготовления
Система прибора
Характер измеряемого тока
Класс точности
Пределы измерения
Величина шкалы
Цена деления
Абсолютная приборная погрешность(в делениях)
Испытательное напряжение
Рабочее положение прибора
11.Внутреннее сопротивление прибора

2. Используя имеющиеся в наличии приборы, составить схему для измерения силы тока и напряжения. Собрать по ней цепь и проделать измерения. Результаты занести в таблицу.

3. Изучить паспорт цифрового вольтметра. Научиться производить измерения с помощью цифрового вольтметра.

Контрольные вопросы

1. По каким признакам можно классифицировать электроизмерительные приборы?

2. Как классифицируются электроизмерительные приборы по принципу действия?

3. Каков принцип действия прибора магнитоэлектрической системы?

4. Каков принцип действия прибора электромагнитной системы?

5. Каков принцип действия прибора электродинамической системы?

6. Что такое приведенная погрешность?

7. Что такое класс точности? Какие классы точности Вам известны?

8. Какие условные обозначения на шкалах электроизмерительных приборов Вы знаете?

[9, c. 8 − 19; 13; 11]

7

Источник: http://5fan.ru/wievjob.php?id=42458

Пркатическая работа

Изучение электроизмерительных приборов.

Практическая работа № 2.

ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

1. Цель работы

Изучение электроизмерительных приборов, используемых в лабораторных работах. 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. Порядок выполнения работы

2.1. Изучение паспортных характеристик стрелочных электроизмерительных приборов.

Для этого внимательно рассмотреть лицевые панели стрелочных амперметров, обратить внимание на построение измерительной шкалы, условные знаки и заполнить табл. 1.1.

Таблица 1.1

Характеристика стрелочного электроизмерительного прибора

2

Наименование прибора Амперметр ,Вольтметр

3

Тип прибора

4

Система измерительного механизма

5

Предел измерения (номинальное значение)

6

Цена деления

7

Минимальное значение измеряемой величины

8

Класс точности

9

Допустимая максимальная абсолютная погрешность

10

Род тока

11

Нормальное положение шкалы

3. Методические указания

3.1. Методические указания к п. 2.1

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 обозначе-

ния, определяющие классификационную группу прибора. Они позволяют пра

вильно 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 = КI. Шкалы магнитоэлектрических приборов равномерные.

В измерительных механизмах электромагнитной системы, применяемых для

измерений в цепях переменного и постоянного тока, вращающий момент обу

словлен действием магнитного поля измеряемого тока в неподвижной катушке прибора на подвижный ферромагнитный якорь. Угол поворота стрелки α здесь пропорционален квадрату тока: α = КI2. Поэтому шкала электромагнитных приборов обычно неравномерная, что является недостатком этих приборов. Начальная часть шкалы не используется для измерений.

Для практического использования 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 в конце шкалы.

Приборы с одним пределом измерения имеют на лицевой панели знак, обозначающий назначение прибора (А, V, mA,μA, mV, μV). 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 легко определяется как отношение предела измерений к числу деле

ний шкалы N:

Наименование измеряемой величины (ампер, вольт, ватт, ом, герц, коэффи-

циент 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

60

Рабочее положение шкалы прибора:

горизонтальное; вертикальное; под углом, например 60°

Прибор предназначен для работы в цепи постоянного тока; переменного тока; постоянного и переменного;в трехфазной цепи переменного тока

А (или отсутствие буквы) – прибор для сухих отапливаемых помещений с

температурой от +10 °С до +35 °С и влажности до 80 % при 30 °С;

Б – прибор для закрытых не отапливаемых помещений с температурой от

–30 °С до +40 °С и влажности до 90 % при 30 °С;

B – приборы для полевых и морских условий:

В1 – при температуре от –40 °С до +50 °С и В2 – при температуре от

–50 °С до +60 °С и влажности до 95 % при 35 °С;

В3 – при температуре от –40 °С до +50 °С и влажности до 98 % при 40 °С.

нием, например, 2 кВ

30–200 Hz Рабочий частотный диапазон прибора

На лицевой стороне стрелочных прибора указывается класс точности, который определяет приведенную относительную погрешность прибора γПР. Приведенная относительная погрешность прибора – это выраженное в процентах отношение максимальной для данного прибора абсолютной погрешности ΔА к номинальному

значению прибора (пределу измерений) AНОМ:

γПР = 100 ΔА /AНОМ %.

Промышленность в соответствии с ГОСТ выпускает приборы с различными12 классами точности (0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,5; 2,5; 4,0).

4. Контрольные вопросы

1. Какова конструкция и принцип действия приборов магнитоэлектрической и электромагнитной систем?

2. Каковы основные достоинства и недостатки приборов магнитоэлектрической и электромагнитной систем?

3. Что такое предел измерения?

4. Как определяется цена деления прибора?

5. Что такое абсолютная и относительная погрешности измерения?

стрелочного прибора?

7. Как рассчитать относительную погрешность измерения стрелочного прибора в любой точке шкалы прибора?

8. В какой части шкалы прибора измерения точнее и почему?

9. Что характеризует класс точности прибора?

10. Каковы основные достоинства цифровых измерительных приборов?

11. Как определяется погрешность измерений цифрового прибора?

5. Выводы по работе.

Источник: https://infourok.ru/prkaticheskaya-rabota-elektroizmeritelnie-pribori-3050219.html

Тема: Электроизмерительные приборы и измерения электрических величин

Изучение электроизмерительных приборов.

ЛЕКЦИЯ №1

Тема: ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

1. Общие сведения об электроизмерительных приборах

Электроизмерительные приборы предназначены для измерения различных величин и параметров электрической цепи: напряжения, силы тока, мощности, частоты, сопротивления, индуктивности, емкости и других.

На схемах электроизмерительные приборы изображаются условными графическими обозначениями в соответствии с ГОСТ 2.729-68. На рис.1.1 приведены общие обозначения показывающих и регистрирующих приборов.

Рис. 1.1 Условные графические обозначения электроизмерительных приборов.

Для указания назначения электроизмерительного прибора в его общее обозначение вписывают конкретизирующее условное обозначение, установленное в стандартах, или буквенное обозначение единиц измерения прибора согласно ГОСТ в соответствии с табл.1.1.

Таблица 1.1

Наименованиеединицы измеренияУсловное обозначениеНаименованиеединицы измеренияУсловное обозначение
АмперAМиллиамперmA
ВольтVМикроамперA
ОмМилливольтmV
ВаттWКиловаттkW
ГерцHzКиловарKvar
Коэффициент мощностиCosМегаомM

2. Электромеханические измерительные приборы

По принципу действия электромеханические приборы подразделяются на приборы магнитоэлектрической, электромагнитной, ферродинамической, индукционной, электростатической систем. Условные обозначения систем приведены в табл. 1.2. Наибольшее распространение получили приборы первых трех типов: магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические.

Таблица 1.2

Тип прибораУсловное обозначениеРод измеряемого токаДостоинстваНедостатки
МагнитоэлектрическийПостоянныйВысокая точность, равномерность шкалыНеустойчив к перегрузкам
ЭлектромагнитныйПеременныйипостоянныйПростота устройства, к перегрузкам устойчивНизкая точность, чувствителен к помехам
ЭлектродинамическийПеременныйипостоянныйВысокая точностьНизкая чувствительность,чувствителен к помехам
ИндукционныйПеременныйВысокая надежность, к перегрузкам устойчивНизкая точность

3. Области применения электромеханических приборов

Магнитоэлектрические приборы: щитовые и лабораторные амперметры и вольтметры; нулевые индикаторы при измерениях в мостовых и компенсационных цепях.

В промышленных установках переменного тока низкой частоты большинство амперметров и вольтметров — приборы электромагнитной системы. Лабораторные приборы класса 0,5 и точнее могут изготовляться для измерения постоянного и переменного токов и напряжения.

Электродинамические механизмы используются в лабораторных и образцовых, приборах для измерения постоянных и переменных токов, напряжений и мощностей.

Индукционные приборы на базе индукционных механизмов используют главным образом в качестве одно — и трехфазных счетчиков энергии переменного тока. По точности счетчики подразделяются на классы 1,0; 2,0; 2,5.

Счетчик СО (счетчик однофазный) используют для учета активной энергии (ватт-часов) в однофазных цепях. Для измерения активной энергии в трехфазных цепях применяют двухэлементные индуктивные счетчики, счетный механизм которых учитывает киловатт-часы.

Для учета реактивной энергии служат специальные индуктивные счетчики, имеющие некоторые изменения в устройстве обмоток или в схеме включения.

Активные и реактивные счетчики устанавливают на всех предприятиях для расчета с энергоснабжающими организациями за используемую электроэнергию.

Принцип выбора измерительных приборов

1.Определяют расчетом цепи максимальные значения тока, напряжения и мощности в цепи. Часто значения измеряемых величин известны заранее, например, напряжение сети или аккумуляторной батареи.

2. В зависимости от рода измеряемой величины, постоянного или переменного тока, выбирают систему прибора.

Для технических измерений постоянного и переменного тока выбирают соответственно магнитоэлектрическую и электромагнитную системы.

При лабораторных и точных измерениях для определения постоянных токов и напряжений применяют магнитоэлектрическую систему, а для переменного тока и напряжения — электродинамическую систему.

3. Выбирают предел измерения прибора таким образом, чтобыизмеряемая величина находилась в последней, третьей части шкалы

прибора.

4. В зависимости от требуемой точности измерения выбирают класс
точности прибора.

4. Способы включения приборов в цепь

Амперметры включают в цепь последовательно с нагрузкой, вольтметры — параллельно, ваттметры и счетчики, как имеющие две обмотки (токовую и напряжения), включают последовательно – параллельно (Рис. 1.2.).

Рис. 1.2. Схемы включения электроизмерительных приборов в электрическую цепь.

Для расширения пределов измерения приборов применяют: в цепи постоянного тока для амперметров — шунты, при этом на шкале амперметра обязательно указывается тип применяемого шунта; для вольтметров — добавочные резисторы (Рис. 1.3. а); в цепи переменного тока для амперметров — трансформаторы тока (ТА), для вольтметров — трансформаторы напряжения (ТV) (рис. 1.3. б).

а)

б)

Рис. 1.3. Способы расширения пределов измерения приборов.

Цена деления многопредельных амперметров, вольтметров, ваттметров определяется по формуле:

где ih, uh — пределы, на которые установлены переключатели тока и напряжения у многопредельных приборов, или номинальные пределы измерений у однопредельных приборов; N — число делений шкалы прибора. Измеряемая величина определяется по формулам:

I = nCI, A; U = nCu, B; P = n-Cw, Bт,

где n — число делений, показываемое стрелкой прибора при измерении.

5. Особенности измерения цифровыми электронными приборами

Цифровые электроизмерительные приборы бывают для измерения как одной величины, например напряжения постоянного тока, так и нескольких величин, например, тока, напряжения, сопротивления. Такие универсальные приборы обычно называют мультиметрами (например, мультиметр ВР-11А).

Мультиметры обычно имеют два вида переключателей: переключатель рода измеряемой величины — напряжения постоянного или переменного, сопротивления, частоты и переключатель предела измерения. Кроме того, имеются клеммы или гнезда для подключения измерительных проводов. Мультиметры питаются от сети переменного тока с частотой 50 Гц и напряжением 220 В.

При измерениях мультиметром ВР-11А отсчет показания следует проводить не ранее третьего числа, появляющегося на индикаторе.

При всех видах измерений необходимо перейти на больший предел, когда прибор индицирует выход за предел (буква «П» в старшем разряде) и изменить полярность входного сигнала при мигании знака «-» в старшем разряде.

Погрешность измерения мультиметра ВР-11 А.

Постоянное напряжение: ±(0,5% Ux +4 зн.).

Переменное напряжение: ±(0,5% Ux + 10 зн.),

где Ux — показание прибора;

зн. — единица младшего разряда.

Достоинства электронных приборов: высокое входное сопротивление, что позволяет проводить измерения без влияния на цепь; широкий диапазон измерений, высокая чувствительность, широкий частотный диапазон, высокая точность измерений.

6. Погрешности измерений и измерительных приборов

Качество средств и результатов измерений принято характеризовать указанием их погрешностей. Разновидностей погрешностей около 30. Определения им даны в литературе по измерениям.

Следует иметь в виду, что погрешности средств измерений и погрешности результатов измерений — понятия не идентичные.

Исторически часть наименований разновидности погрешностей закрепилась за погрешностями средств измерений, другая за погрешностями результатов измерений, а некоторые применяются по отношению и к тем, и к другим.

Способы представления погрешности следующие

В зависимости от решаемых задач используются несколько способов представления погрешности, чаще всего используются абсолютная, относительная и приведенная.

Абсолютная погрешностьизмеряется в тех же единицах что и измеряемая величина. Характеризует величину возможного отклонения истинного значения измеряемой величины от измеренного.

Относительная погрешность – отношение абсолютной погрешности к значению величины. Если мы хотим определить погрешность на всем интервале измерений, мы должны найти максимальное значение отношения на интервале. Измеряется в безразмерных единицах.

Класс точности – относительная погрешность, выраженная в процентах. Обычно значения класса точности выбираются из ряда: 0,1; 0,5: 1,0; 1,5; 2,0; 2,5 и т. д.

Понятия абсолютной и относительной погрешностей применяют и к измерениям, и к средствам измерения, а приведенная погрешность оценивает только точность средств измерения.

Абсолютная погрешность измерения — это разность между измеренным значением х и ее истинным значением хи :

(1.1)

Обычно истинное значение измеряемой величины неизвестно, и вместо него в (1.1) подставляют значение величины, измеряемой более точным прибором, т. е. имеющим меньшую погрешность, чем прибор, дающий значение х. Абсолютная погрешность выражается в единицах измеряемой величины. Формулой (1.1) пользуются при поверке измерительных приборов.

Относительная погрешность измерения равна отношению абсолютной погрешности к истинному значению измеряемой величины и выражается в процентах:

(1.2)

По относительной погрешности измерения проводят оценку точности измерения.

Приведенная погрешность измерительного прибора определяется как отношение абсолютной погрешности к нормирующему значению xn и выражается в процентах:

(1.3)

Нормирующее значение обычно принимают равным верхнему пределу рабочей части шкалы, у которой нулевая отметка находится на краю шкалы.

Приведенная погрешность определяет точность измерительного прибора, не зависит от измеряемой величины и имеет единственное значение для данного прибора. Из (1.3) следует, что для приборов абсолютная погрешность — величина, постоянная по всей шкале. Так как относительная погрешность измерения тем больше, чем меньше измеряемая величина х по отношению к пределу измерения прибора хN.

Многие измерительные приборы различаются по классам точности. Класс точности прибора G — обобщенная характеристика, которая характеризует точность прибора, но не является непосредственной характеристикой точности измерения, выполняемого с помощью данного прибора.

Класс точности прибора численно равен наибольшей допустимой приведенной основной погрешности, вычисленной в процентах.

Для амперметров и вольтметров установлены следующие классы точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0; 5,0. Эти числа наносятся на шкалу прибора.

Например, класс 1 характеризует гарантированные границы погрешности в процентах (± 1%, например, от конечного значения 100 В, т. е. ±1В) в нормальных условиях эксплуатации.

По международной классификации приборы с классом точности 0,5 и точнее считаются точными или образцовыми, а приборы с классом точности 1,0 и грубее — рабочими.

Все приборы подлежат периодической поверке на соответствие метрологических характеристик, в том числе и класса точности, их паспортным значениям.

При этом образцовый прибор должен быть точнее поверяемого через класс, а именно: поверка прибора с классом точности 4,0 проводится прибором с классом точности 1,5, а поверка прибора с классом точности 1,0 проводится прибором с классом точности 0,2.

Поскольку на шкале прибора приводится и класс точности прибора G, и предел измерения XN, то абсолютная погрешность прибора определяется из формулы (1.3):

(1.4)

Связь относительной погрешности измерения с классом точности прибора G выражается формулой:

(1.5)

откуда следует, что относительная погрешность измерения равна классу точности прибора только при измерении предельной величины на шкале, т. е. когда х = XN.

С уменьшением измеряемой величины относительная погрешность возрастает. Во сколько раз XN > х, во столька раз > G.

Поэтому рекомендуется выбирать пределы измерения показывающего прибора так, чтобы отсчитывать показания в пределах последней трети шкалы, ближе к ее концу.

7. Представление результата измерений при однократных измерениях

Результат измерения состоит из оценки измеряемой величины и погрешности измерения, характеризующей точность измерения. По ГОСТ 8.011-72 результат измерения представляют в форме:

А±,Р, (1.6)

где А — результат измерения;

— абсолютная погрешность прибора;

Р — вероятность, при статистической обработке данных.

При этом А и должны оканчиваться цифрами одинакового разряда, а погрешность не должна иметь более двух значащих цифр.

Если при обработке данных теория вероятности не применялась, то вероятность Р не указывают.

Измерения, проводимые при выполнении большинства работ, относятся к техническим, которые выполняют однократно. Погрешность прямых однократных измерений определяется погрешностью измерительного прибора .

Пример. Измеряют напряжение сети U щитовым вольтметром типаЭ-377, класса точности 1,5, с пределом шкалы 250 В. Показаниевольтметра U=215 В. Сначала определяют абсолютную погрешность

вольтметра:

Затем записывают результат измерения с оценкой погрешности:

U=(215±4)B.
Относительная погрешность измерения составляет:

В окончательном ответе должно быть сообщено: «Измерение проведено с относительной погрешностью = 1,7%. Измеренное напряжение U=(215±4) В».

8. Косвенные измерения и их погрешности

Косвенным измерением называется измерение, при котором искомая величина находится по известной зависимости между этой величиной и другими величинами, полученными в результате прямых измерений. Например, сопротивление R можно определить по формуле: R=U/I, где напряжение U и ток I измерены вольтметром и амперметром соответственно.

Выражения для абсолютной и относительной погрешностей некоторых функциональных зависимостей приведены в табл. 1.3.

Таблица 1.3

Вид формулыАбсолютная погрешностьОтносительная погрешность
P=UI,Постоянный токR=U/IP=UI+UIR=(IU+UI)/I2P=U+I
P=UICosПеременный токP=UICos+UICos++UICosP=U+I+Cos
X=A — BПостоянный и переменный токX=A+BX=(A+B)/(A — B)
X=A+B+CПостоянный и переменный токX=A+B+CX=(A+B+C)/(A+B+C)

Очевидно, что погрешности косвенного измерения значения X часто значительно превосходят по величине погрешности прямого измерения электрических величин. Поэтому целесообразно по возможности применять для исследования электрических цепей прямые измерения.

Подпишитесь на рассылку:

Поиск

Вики

Архив

Промышленность

Математика

Оборудование

Технологии

Энергетика

Источник: https://pandia.ru/text/78/613/26916.php

Основы электроники и электротехники — Лабораторная работа №1

Изучение электроизмерительных приборов.

Лабораторная работа №1

Ознакомление с электроизмерительными приборами и измерениями электрических величин.

1. Цель работы.

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 AНОМ к числу делений шкалы N: 

С = AНОМ / N.

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

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

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  γИЗМ,  а  также  действительное  значение измеряемой величины AД:

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

где АИЗМ – 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;

– cos ϕ;

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

Таблица 1 

Условное графическое обозначение

условного обозначения

A, V, W, Ω, Hz,

cosφ, F, H

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: 

горизонтальное;

вертикальное;

под углом, например 60°

Прибор предназначен для работы 

в цепи постоянного тока; 

переменного тока; 

постоянного и переменного; 

в трехфазной цепи переменного тока

А

Б

В1;  В2; В3

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

30 – 200 Hz

Рабочий частотный диапазон прибора

Прибор содержит:

– 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.

Таблица 2

Характеристика электроизмерительного прибора

Наименование прибора

Вольтметр №1

Вольтметр №2

Система измерительного механизма

Предел измерения

Цена деления

Минимальное значение измеряемой величины

Класс точности

Допустимая максимальная абсолютная погрешность

Род тока

Нормальное положение шкалы

Прочие характеристики

3.2.  Построить  график  зависимости  относительной  погрешности измерения  от  измеряемой  величины  γИЗМ  = f (АИЗМ)  для  прибора,  указанного преподавателем.  Сделать  вывод  о  величине относительной  погрешности  измерения  в начальной и конечной части шкалы, о характере изменения погрешности вдоль шкалы прибора.

3.3.  Измерить  величину  сопротивления, заданного преподавателем, методом амперметра и вольтметра. Для этого собрать электрическую цепь  по  рис. 1. Установить  тумблер  режима работы измерителя тока в позицию «=».  

После проверки схемы, включить электропитание и занести полученные данные в табл. 3. Выключить электропитание. Рассчитать, используя закон Ома, величину заданного сопротивления R. Результат занести в табл. 3.

Таблица 3

4. отчета 

 Отчет по работе должен содержать:

а) наименование работы и цель работы;

б) технические данные измерительных приборов;

в)  график  зависимости  относительной  погрешности  измерений

γИЗМ = f (АИЗМ);

г) результаты измерений;

д) выводы по работе.

 5. Контрольные вопросы

1.  Каков  принцип  действия  приборов  магнитоэлектрической  и электромагнитной систем?

2. Что такое предел измерения?

3. Как определяется цена деления прибора?

4. Что такое абсолютная и относительная погрешности измерения?

5. Что характеризует класс точности прибора?

6. В какой части шкалы прибора измерение точнее и почему?

7. Каковы основные достоинства цифровых измерительных приборов? 

8. Как можно измерить величину сопротивления резистора? 

Источник: http://el.mkrp.org/index.php/1/laboratornaya-rabota-1

Biz-books
Добавить комментарий