Средство измерений - техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимают неизменным (а пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени. Данное определение вскрывает суть средства измерений, заключающуюся в способности хранить (или воспроизводить) единицу физической величины, а также в неизменности размера хранимой единицы. Эти факторы и обусловливают возможность выполнения измерения.
По назначению средства измерений разделяют на меры, измерительные преобразователи, измерительные приборы, измерительные установки и измерительные системы.
Мера — средство измерений, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью.
Различают следующие разновидности мер:
● однозначная мера — мера воспроизводит физическую величину, одного размера;
● многозначная мера — мера воспроизводит физическую величину разных размеров;
● набор мер — комплект мер разного размера одной и той же физической величины;
● магазин мер ~ набор мер, конструктивно объединенных в единое устройство, в котором имеются приспособления для их соединения в различных комбинациях. Например, магазин электрических сопротивлений обеспечивает ряд дискретных значений сопротивлений.
Некоторые меры воспроизводят одновременно значения двух физических величин. Мера необходима при методе сравнения для выполнения сравнения с ней измеряемой величины и получения ее значения.
Измерительный преобразователь — техническое средство с нормированными метрологическими характеристиками, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикации или передачи. Принцип его действия основан на различных физических явлениях. Измерительный преобразователь преобразует любые физические величины (электрические, неэлектрические, магнитные) в электрический сигнал.
По характеру преобразования различают аналоговые, аналого-цифровые преобразователи (АЦП), преобразующие непрерывную величину в числовой эквивалент, цифроаналоговые преобразователи (ЦАП), выполняющие обратное преобразование.
По месту в измерительной цепи преобразователи разделяют на первичный, на который непосредственно воздействует измеряемая физическая величина; промежуточный, включенный в измерительную цепь после первичного; преобразователи, предназначенные для масштабного преобразования, т.е. для изменения значения величины в некоторое число раз; передающие, обратные для включения в цепь обратной связи и др.
К измерительным преобразователям можно отнести преобразователи переменного напряжения в постоянное, измерительные трансформаторы напряжения и тока, делители тока, напряжения, усилители, компараторы, термопару и др. Измерительные преобразователи входят в состав какого-либо измерительного прибора, измерительной установки, измерительной системы или применяются вместе с каким-либо средством измерений.
Измерительный прибор (ИП) — средство измерений, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне. Приборы бывают показывающие и регистрирующие, цифровые и аналоговые.
Измерительная установка — совокупность функционально объединенных мер, измерительных преобразователей, измерительных приборов и других устройств. Предназначена для измерений одной или нескольких физических величин и расположена в одном месте, например, установка для измерения характеристик транзистора, установка для измерения мощности в трехфазных цепях и др,
Измерительная система — совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, ЭВМ и других технических средств, размещенных в разных точках контролируемого объекта с целью измерений одной или нескольких физических величин, свойственных этому объекту, и выработки сигналов в разных целях.
В зависимости от назначения измерительные системы разделяют на измерительные информационные, контролирующие, технической диагностики и др. Широкое распространение имеют микропроцессорные измерительные системы — управляющие вычислительные системы с микропроцессором (МП) в качестве узла обработки информации. В общем случае в состав МП входят: арифметическо-логическое устройство, блок внутренних регистров для временного хранения данных и команд, устройство управления, внутренние магистрали шин, шины ввода - вывода данных для подключения внешних устройств.
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
Наименование единицы измерения | Условное обозначение | Наименование единицы измерения | Условное обозначение |
Миллиампер | |||
Микроампер | |||
Милливольт | |||
Киловатт | |||
Коэффициент мощности |
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 прибора | Условное обозначение | Род измеряемого тока | Достоинства | Недостатки |
|
электрический | Постоянный | Высокая точность, равномерность шкалы | Неустойчив к перегрузкам |
|
|
магнитный | Переменный постоянный | Простота устройства, к перегрузкам устойчив | Низкая точность, чувствителен к помехам |
|
|
динамический | Переменный постоянный | Высокая точность | Низкая чувствительность, чувствителен к помехам |
|
Индукционный | Переменный | Высокая надежность, к перегрузкам устойчив | Низкая 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, чтобы
измеряемая 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.).
DIV_ADBLOCK111">
https://pandia.ru/text/78/613/images/image016_8.gif" width="393" height="313 src=">
Рис. 1.3. Способы расширения пределов измерения приборов.
Цена деления многопредельных амперметров, вольтметров, ваттметров определяется по формуле:
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 погрешность – измеряется 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:
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 https://pandia.ru/text/78/613/images/image020_7.gif" width="99" height="45"> (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..gif" width="15" height="19 src="> 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):
https://pandia.ru/text/78/613/images/image019_7.gif" width="15 height=19" height="19"> с классом точности прибора G выражается формулой:
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:
где А - результат измерения;
Абсолютная погрешность прибора;
Р - вероятность, при статистической обработке данных.
При этом А и https://pandia.ru/text/78/613/images/image023_5.gif" width="15" height="17"> не должна иметь более двух значащих цифр.
Методы и средства измерений, испытаний и Контроля
Приобретение наследства
Для приобретения наследства наследник должен его принять. Принятие наследства может быть осуществлено несколькими способами. Во-первых, посредством подачи письменного заявления о принятии наследства нотариусу по месту открытия наследства либо заявления о выдаче свидетельства на право наследования.Во-вторых, наследник признается принявшим наследство, если он совершил действия, об этом свидетельствующие, в частности: вступил во владение или управление наследственным имуществом; принял меры по сохранению наследственного имущества; произвел за свой счет расходы на содержание этого имущества; оплатил за свой счет долги наследодателя или получил от его должников причитавшиеся ему денежные средства.
Наследство может быть принято в течение шести месяцев со дня открытия наследства. Наследство может быть принято и по истечении шестимесячного срока, если на это согласны все остальные наследники и они выразили свое согласие в письменной форме, заверив документ у нотариуса.Еще один случай удлинения срока - наследственная трансмиссия. Если наследник умер, не успев принять наследство, то право принятия наследства переходит наследнику этого наследника. Наследник может отказаться от всего или части наследства, он может указать лиц, в пользу которых отказывается от наследства, а может не указывать. Отказ может быть адресован только наследникам по закону, но любой очереди. ГК РФ устанавливает некоторые преимущественные права наследования для ряда наследников:наследник, который имел вместе с наследодателем в общей собственности недвижимую вещь, имеет преимущественное перед другими наследниками право на получение этой вещи в счет своей имущественной доли;наследник, который постоянно пользовался недвижимой вещью, имеет преимущественное право получить ее; наследник, совместно проживавший с наследодателем на день открытия наследства, имеет преимущественное право на получение в счет своей доли предметов обычной домашней обстановки. Наследник пая в любом потребительском кооперативе имеет право стать членом этого кооператива либо получить пай в денежной форме.
Лекция 1
основная
1. Марков, Н.Н. Конструкция, расчет и эксплуатация контрольно-измерительных инструментов и приборов: учеб. для техникумов / Н.Н. Марков, Г.М. Ганевский. - М.: Машиностроение, 1993. – 416 с.
2. Белкин, И.М. Средства линейно-угловых измерений / И.М. Белкин. – М.: Машиностроение, 1987. – 368 с.
дополнительная
3. Сорочкин, Б.М. Средства для линейных измерений / Б.М. Сорочкин, Ю.З. Тененбаум, А.П. Курочкин, Ю.Д. Виноградов. – Л.: Машиностроение. Ленигр. отд-ние, 1978. – 264 с.
4. Куликовский, К.Л. Методы и средства измерений: учеб. пособие для вузов / К.Л. Куликовский, В.Я. Купер. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 448 с.
5. Тартаковский, Д.Ф. Метрология, стандартизация и технические средства измерений: учеб. для вузов / Д.Ф. Тартаковский, А.С. Ястребов. – М.: Высш. шк., 2001. – 205 с.
Измерение, испытание и контроль являются составными частями обеспечения качества продукции.
Измерение - процесс сравнения физической величины с некоторым ее значением, принятым за единицу. Единицы физических величин устанавливаются соответствующими документами (ГОСТ Р).
Вместе с термином «измерение», а иногда вместо него используют термин «контроль», например, говорят «средства измерения и контроля».
Контроль - разновидность измерения, при которой в результате процесса сравнения (измерения) устанавливают соответствие объекта измерения (контроля) заданным предельным значениям физических величин.
Результаты контроля, выдаются не в виде значения физической величины, а в виде информация о годности или негодности контролируемого объекта или параметра.
По результатам контроля часто предпринимаются действия по управлению процессом производства, а также проводится разделение контролируемых объектов на размерные группы в пределах определенных значений или разделение контролируемых деталей на группы годности (годные и брак). Термин «контроль» чаще всего применяют при использовании калибров и автоматических средств измерения.
Очень часты случаи, когда измерение производят с целью контроля, находят значение измеряемого размера, затем сравнивают с допускаемыми наибольшими и наименьшими значениями и определяют годность или негодность детали.
Измерением называется процесс нахождения опытным путем значения физической величины с помощью специальных технических средств. Электроизмерительные приборы широко используются при наблюдении за работой электроустановок, при контроле за их состоянием и режимами работы, при учете расхода и качества электрической энергии, при ремонте и наладке электротехнического оборудования.
Электроизмерительными приборами называют средства электрических измерений, предназначенные для выработки сигналов, функционально связанных с измеряемыми физическими величинами в форме, доступной для восприятия наблюдателем или автоматическим устройством.
Электроизмерительные приборы делятся:
- по виду получаемой информации на приборы для измерения электрических (ток, напряжение, мощность и др.) и неэлектрических (температура, давление и др.) величин;
- по методу измерения - на приборы непосредственной оценки (амперметр, вольтметр и др.) и приборы сравнения (измерительные мосты и компенсаторы);
- по способу представления измеряемой информации - на аналоговые и дискретные (цифровые).
Наибольшее распространение получили аналоговые приборы непосредственной оценки, которые классифицируются по признакам: род тока (постоянный или переменный), род измеряемой величины (ток, напряжение, мощность , сдвиг фаз), принцип действия (магнитоэлектрические, электромагнитные, электро- и ферродинамические), класс точности и условия эксплуатации.
Для расширения пределов измерения электрических приборов на постоянном токе используются шунты (для тока) и добавочные сопротивления Rd (для напряжения); на переменном токе трансформаторы тока (тт) и напряжения (тн).
Используемые приборы для измерения электрических величин.
Измерение напряжения осуществляется вольтметром (V), подключаемым непосредственно на зажимы исследуемого участка электрической цепи.
Измерение тока осуществляется амперметром (А), включаемым последовательно с элементами исследуемой цепи.
Измерение мощности (W) и сдвига фаз () в цепях переменного тока производится с помощью ваттметра и фазометра. Эти приборы имеют две обмотки: неподвижную токовую, которая включается последовательно, и подвижную обмотку напряжения, включаемую параллельно.
Для измерения частоты переменного тока (f) применяются частотометры.
Для измерения и учета электрической энергии - счетчики электрической энергии, подключаемые к измерительной цепи аналогично ваттметрам.
Основными характеристиками электроизмерительных приборов являются: погрешность, вариации показаний, чувствительность, потребляемая мощность, время установления показаний и надежность.
Основными частями электромеханических приборов являются электроизмерительная цепь и измерительный механизм.
Измерительная цепь прибора является преобразователем и состоит из различных соединений активного и реактивного сопротивлений и других элементов в зависимости от характера преобразования. Измерительный механизм преобразует электромагнитную энергию в механическую, необходимую для углового перемещения его подвижной части относительно неподвижной. Угловые перемещения стрелки а функционально связано с крутящим и противодействующим моментом прибора уравнением преобразования вида:
к - конструктивная постоянная прибора;
Электрическая величина, под действием которой стрелка прибора отклоняется на угол
На основании данного уравнения можно утверждать, что если:
- входная величина Х в первой степени (п=1), то а будет менять знак при изменении полярности, и на частотах, отличных от 0, прибор работать не может;
- n=2, то прибор может работать как на постоянном, так и на переменном токе;
- в уравнение входит не одна величина, то в качестве входной можно выбирать любую, оставляя остальные постоянными;
- две величины являются входными, то прибор можно использовать в качестве множительного преобразователя (ваттметр, счетчик) или делительного (фазометр, частотометр);
- при двух или более входных величинах на несинусоидальном токе прибор обладает свойством избирательности в том смысле, что отклонение подвижной части определяется величиной только одной частоты.
Общими элементами являются: отсчетное устройство, подвижная часть измерительного механизма, устройства для создания вращающего, противодействующего и успокаивающего моментов.
Отсчетное устройство имеет шкалу и указатель. Интервал между соседними метками шкалы называют делением.
Цена деления прибора представляет собой значение измеряемой величины, вызывающее отклонение стрелки прибора на одно деление и определяется зависимостями:
Шкалы могут быть равномерными и неравномерными. Область между начальным и конечным значениями шкалы называют диапазоном показаний прибора.
Показания электроизмерительных приборов несколько отличаются от действительных значений измеряемых величин. Это вызвано трением в измерительной части механизма, влиянием внешних магнитных и электрических полей, изменением температуры окружающей среды и т.д. Разность между измеренным Аи и действительным Ад значениями контролируемой величины называется абсолютной погрешностью измерений:
Так как абсолютная погрешность не дает представления о степени точности измерений, то используют относительную погрешность:
Поскольку действительное значение измеряемой величины при измерении неизвестно, для определения и можно воспользоваться классом точности прибора.
Амперметры, вольтметры и ваттметры подразделяются на 8 классов точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0. Цифра, обозначающая класс точности, определяет наибольшую положительную или отрицательную основную приведенную погрешность, которую имеет данный прибор. Например, для класса точности 0,5 приведенная погрешность составит ±0,5%.
| Наименование параметра | Амперметры Э47 | Вольтметры Э47 |
| Система | электромагнитная | электромагнитная |
| Способ вывода информации | аналоговый | аналоговый |
| Диапазон измерений | 0...3000 А | 0...600 В |
| Способ установки | на панель щита | на панель щита |
| Способ включения | <50 А- непосредственный, >100 А-через трансформатор тока с вторичным током 5 А | непосредственный |
| Класс точности | 1,5 | 1,5 |
| Предел допускаемой основной погрешности приборов, % | ±1,5 | ±1,5 |
| Номинальное рабочее напряжение, не более | 400 В | 600 В |
| Допустимая длительная перегрузка (не более 2 ч) | 120% от конечного значения диапазона измерений | |
| Средняя наработка до отказа, не менее, ч | 65000 | 65000 |
| Средний срок службы, не менее, лет | 8 | 8 |
| Температура окружающего воздуха, °С | 20±5 | 20±5 |
| Частота измеряемой величины, Гц | 45...65 | 45...65 |
| Положение монтажной плоскости | вертикальное | вертикальное |
| Габариты, мм | 72x72x73,5 96x96x73,5 | 72x72x73,5 96x96x73,5 |
Электроизмерительные приборы (амперметры и вольтметры) серии Э47
Применяются в низковольтных комплектных устройствах в распределительных электрических сетях жилых, коммерческих и производственных объектов.
Амперметры Э47 - аналоговые электромагнитные электроизмерительные приборы - предназначены для измерения силы тока в электрических цепях переменного тока.
Вольтметры Э47 - аналоговые электромагнитные электроизмерительные приборы - предназначены для измерения напряжения в электрических цепях переменного тока.
Широкий диапазон измерений: амперметры до 3000 А, вольтметры до 600 В. Класс точности 1.5.
Амперметры, рассчитанные на измерение токов выше 50 А подключают к измеряемой цепи через трансформатор тока с номинальным вторичным рабочим током 5 А.
Принцип действия амперметров и вольтметров серии Э47
Амперметры и вольтметры Э47 относятся к приборам с электромагнитной системой. В составе имеют круглую катушку с помещенными внутрь подвижным и неподвижным сердечниками. При протекании тока через витки катушки, создается магнитное поле, намагничивающее оба сердечника. Вследствие чего.
одноименные полюса сердечников отталкиваются, и подвижный сердечник поворачивает ось со стрелкой. Для защиты от негативного влияния внешних магнитных полей, катушка и сердечники защищены металлическим экраном.
Принцип действия приборов магнитоэлектрической системы основан на взаимодействии поля постоянного магнита и проводников с током, а электромагнитной - на втягивании стального сердечника в неподвижную катушку при существовании в ней тока. Электродинамическая система имеет две катушки. Одна из катушек, подвижная, укрепляется на оси и располагается внутри неподвижной катушки.
Принцип действия прибора, возможность его работы в тех или иных условиях, возможные предельные погрешности прибора могут быть установлены по условным обозначениям, нанесенным на циферблат прибора.
Например: (А) - амперметр; (~) - переменный ток в пределах от 0 до 50А; () - вертикального положения, класс точности 1,0 и т.д.
Измерительные трансформаторы тока и напряжения имеют ферромагнитные магнитопроводы, на которых располагаются первичные и вторичные обмотки. Число витков вторичной обмотки всегда больше первичной.
Зажимы первичной обмотки трансформатора тока обозначают буквами Л1 и Л2 (линия), а вторичной - И1 и И2 (измерение). По правилам техники безопасности один из зажимов вторичной обмотки трансформатора тока, так же, как и трансформатора напряжения, заземляют, что делается на случай повреждения изоляции. Первичную обмотку трансформатора тока включают последовательно с объектом, у которого проводят измерения. Сопротивление первичной обмотки трансформатора тока мало по сравнению с сопротивлением потребителя. Вторичная обмотка замыкается на амперметр и токовые цепи приборов (ваттметр, счетчик и т. д.). Токовые обмотки ваттметров, счетчиков и реле рассчитывают на 5А, вольтметры, цепи напряжения ваттметров, счетчиков и обмоток реле - на 100 В.
Сопротивления амперметра и токовых цепей ваттметра невелики, поэтому трансформатор тока работает фактически в режиме короткого замыкания. Номинальный ток вторичной обмотки равен 5А. Коэффициент трансформации трансформатора тока равен отношению первичного тока к номинальному току вторичной обмотки, а у трансформатора напряжения - отношению первичного напряжения ко вторичному номинальному.
Сопротивление вольтметра и цепей напряжения измерительных приборов всегда велико и составляет не менее тысячи Ом. В связи с этим трансформатор напряжения работает в режиме холостого хода.
Показания приборов, включенных через трансформаторы тока и напряжения, необходимо умножать на коэффициент трансформации.
Трансформаторы тока ТТИ
Трансформаторы тока ТТИ предназначены: для применения в схемах учета электроэнергии при расчетах с потребителями; для применения в схемах коммерческого учета электроэнергии; для передачи сигнала измерительной информации измерительным приборам или устройствам защиты и управления. Корпус трансформатора выполнен неразборным и опломбирован наклейкой, что делает невозможным доступ ко вторичной обмотке. Клеммные зажимы вторичной обмотки закрываются прозрачной крышкой, что обеспечивает безопасность при эксплуатации. Кроме того, крышку можно опломбировать. Это особенно важно в схемах учета электроэнергии, так как позволяет исключить несанкционированный доступ к клеммным зажимам вторичной обмотки.
Встроенная медная луженая шина у модификации ТТИ-А - дает возможность подключения как медных, так и алюминиевых проводников.
Номинальное напряжениe - 660 В; номинальная частота сети - 50 Гц; класс точности трансформатора 0,5 и 0,5S; номинальный вторичный рабочий ток - 5А.
| Модификации трансформаторов | Номинальный первичный ток трансформатора, А |
| ТТИ-А | 5; 10; 15; 20; 25; 30; 40; 50; 60; 75; 80; 100; 120; 125; 150; 200; 250; 300; 400; 500; 600; 800; 1000 |
| ТТИ-30 | 150; 200; 250; 300 |
| ТТИ-40 | 300; 400; 500; 600 |
| ТТИ-60 | 600; 750; 800; 1000 |
| ТТИ-85 | 750; 800; 1000; 1200; 1500 |
| ТТИ-100 | 1500; 1600; 2000; 2500; 3000 |
| ТТИ-125 | 1500; 2000; 2500; 3000; 4000; 5000 |
Электронные аналоговые приборы представляют собой сочетание различных электронных преобразователей и магнитоэлектрического прибора и служат для измерения электрических величин. Они обладают высоким входным сопротивлением (малым потреблением энергии от объекта измерения) и высокой чувствительностью. Используются для измерения в цепях повышенной и высокой частоты.
Принцип действия цифровых измерительных приборов основан на преобразовании измеряемого непрерывного сигнала в электрический код, отображаемый в цифровой форме. Достоинствами являются малые погрешности измерения (0.1-0,01 %) в широком диапазоне измеряемых сигналов и высокое быстродействие от 2 до 500 измерений в секунду. Для подавления индустриальных помех они снабжены специальными фильтрами. Полярность выбирается автоматически и указывается на отсчетном устройстве. Содержат выход на цифропечатающее устройство. Используются как для измерения напряжения и тока, так и пассивных параметров - сопротивление, индуктивность, емкость. Позволяют измерять частоту и ее отклонение, интервал времени и число импульсов.
Изучение электроизмерительных приборов. Методы расширения пределов измерения электроизмерительных приборов.
Цели работы:
1. Ознакомиться с методами расширения пределов электроизмерительных приборов;
3. Изготовить омметр и провести измерение сопротивлений с его помощью.
Приборы:
1. Гальванометр (миллиамперметр 50-100-200мА);
2. Амперметр (1-2) А;
3. Вольтметр (15-60) В;
4. Реостат (30 Ом);
5. Магазин сопротивлений типа Р-33;
6. Источник напряжения (типа ВС-24);
7. Проволока для изготовления шунта (медь);
8. Масштабная линейка;
9. Микрометр;
10. Соединительные провода
Примечание : Технические характеристики приборов записать в рабочую тетрадь.
Введение
Электрические измерения
Средства измерений – это особые технические средства, приводимые во взаимодействие с материальным объектом. Результатом измерений является значение физической величины. Физические величины подразделяют на непрерывные (аналоговые) и дискретные (квантованные). Большинство физических величин являются аналоговыми (напряжение, сила тока, температура, длина и т.д.). квантованной величиной является, например, электрический заряд.
Измерительный прибор – средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для непосредственного восприятия наблюдателем.
Существуют следующие основные группы средств для измерения электрических, магнитных и неэлектрических физических величин:
Аналоговые электромеханические и электронные приборы
Цифровые измерительные приборы и аналого-цифровые преобразователи
Измерительные преобразователи электрических и неэлектрических величин в электрические сигналы
Регистрирующие приборы (самопишущие приборы, осциллографы, магнитографы и др.
Измерительные информационные системы и вычислительные комплексы и т.д.
Все приборы делятся на аналоговые измерительные приборы (например, электроизмерительный прибор с отсчетным устройством в виде стрелки, перемещающейся по шкале с делениями) и цифровые измерительные приборы (показания представляются в цифровой форме). Цифровые снабжены цифровым дисплеем, который показывает измеренное значение величины в виде числа. Цифровые приборы более точны, более удобны при снятии показаний и, в общем, более универсальны. В них измеряемая величина (например, напряжение) автоматически сравнивается с эталонной величиной, после ряда преобразований результат сравнения выдается на экран в виде светящегося числа. Цифровые универсальные измерительные приборы («мультиметры») и цифровые вольтметры применяются для измерения со средней и высокой точностью сопротивления постоянному току, а также напряжения и силы переменного тока.
Для самых точных измерений сопротивления и полного сопротивления (импеданса) существуют измерительные мосты и другие специализированные измерители. Для регистрации хода изменения величины во времени применяются региотрирующие приборы – ленточные самописцы и электронные осциллографы, аналоговые и цифровые. В цифровых измерительных приборах (кроме простейших) используются электронные блоки для преобразования входного сигнала в сигнал напряжения, который затем преобразуется в цифровую форму аналого-цифровым преобразователем (АЦП). Число, выражающее измеренное значение, выводится на светодиодный, вакуумный люминесцентный или жидкокристаллический индикатор (дисплей). Прибор обычно работает под управление встроенного микропроцессора, причем в простых приборах микропроцессор объединяется с АЦП на одной интегральной схеме.
Аналого-цифровые преобразователи. Существуют три основных типа АЦП: интегрирующий, последовательного приближения и параллельный. Интегрирующий АЦП усредняет входной сигнал по времени. Из трех перечисленных типов это самый точный, хотя и самый «медленный». Время преобразования интегрирующего АЦП лежит в диапазоне от 0,01 до 50 с и более, погрешность составляет 0,1 – 0,003 %. Погрешность АЦП последовательного приближения несколько больше (0,4 – 0,002 %), но зато время преобразования от ~ 10мкс до ~ 1мс.
Параллельные АЦП – самые быстродействующие, но и наименее точные: их время преобразования порядка 0,25 нс, погрешность – от 0,4 до 2%.
По роду измеряемой величины электроизмерительные приборы делят на следующие группы: амперметры (для измерения величины тока), вольтметры (для измерения напряжения), омметры (для измерения сопротивления), ваттметры (для измерения мощности), частотомеры (для измерения частоты), фазометры (для измерения сдвига фаз в электрических цепях) и т.д.
По способу представления результатов измерений приборы и устройства можно разделить на показывающие и регистрирующие. По методу измерения средства электроизмерительной техники можно разделить на приборы непосредственной оценки и приборы сравнения (уравновешивания). По способу применения и по конструкции электроизмерительные приборы и устройства делятся на щитовые, переносные и стационарные. По точности измерения приборы делятся на измерительные (в которых нормируются погрешности); индикаторы, или внеклассные приборы (погрешность измерений больше предусматриваемой соответствующими стандартами), и указатели (погрешность не нормируется).
По принципу действия или физическому явлению можно выделить следующие укрупненные группы: электромеханические, электронные, термоэлектрические и электрохимические. В зависимости от способа защиты схемы прибора от воздействия внешних условий корпуса приборов делятся на обыкновенные, водо-, газо-, и пылезащищенные, герметические, взрывобезопасные.
Измерение электрических величин
Гальванометр – электроизмерительный прибор с неградуированной шкалой, имеющий высокую чувствительность к току или напряжению и предназначенный для измерения весьма малых токов, напряжений, величины заряда. Используя комбинацию гальванометра с различными шунтами и добавочными сопротивлениями, можно изготовить приборы для измерения различных электрических величин (амперметры, вольтметры и т.д.)
Измерение токов
Для непосредственного измерения тока в цепи применятся амперметры, которые включаются в цепь так, чтобы через них проходил весь измеряемый ток, т.е. последовательно тем участкам цепи, где необходимо измерить ток. Амперметр должен иметь малое сопротивление, чтобы его включение в цепь не могло заметно изменить величину тока в цепи. Существуют четыре схемы включения амперметра в цепь. Первые две (рис. 1а, 16) предназначены для измерения постоянного тока, а две вторые схемы
(1в,1г) – для измерения переменного тока.
Вторая и четвертая схемы (рис 16,1 г) применяются в тех случаях, когда номинальные данные амперметра меньше измеряемой величины тока. В этом случае при определении истинного значения тока нужно учитывать коэффициент преобразования.
Для расширения пределов измерения амперметра параллельно ему необходимо присоединить проводник, называемый шунтом. Признаком параллельного соединения является разветвление тока. В данном случае электрический ток I 0 разветвляется на два тока I 0 и I m (рис.2), где R r – сопротивление гальванометра (исходного амперметра), I r – ток, протекающий через гальванометр (исходный амперметр), R m – сопротивление шунта, I ш – ток, протекающий через шунт, I 0 - ток, измеряемый амперметром с шунтом («новый» прибор).
Из закона сохранения зарядов следует, что:
I a = I m +I a (1)
Напряжение при параллельном соединении в ветвях одинаково, поэтому можно записать:
U= I m R m =I a R a
Откуда следует, что
При параллельном соединении проводников токи в отдельных проводниках обратно пропорциональны их сопротивлениям, т.е. чем меньше сопротивление шунта по сравнению с сопротивлением приборов, тем большая часть измеряемого тока отводится через шунт.
Коэффициентом шунта называется число, показывающее, во сколько раз предельный ток, измеряемый амперметром с шунтом, больше предельного тока, измеряемого гальванометром (исходной амперметром) без шунта:
Разделив обе части равенства (1) на I r , получим:
Но, так как
Равенство (4) можно записать так:
n = R r / R ш +1
Отсюда сопротивление шунта равно:
Таким образом, чтобы измерить амперметром в n раз больший ток, необходимо взять сопротивление шунта в (n-1) меньше сопротивления исходного амперметра.
где ρ – удельное сопротивление материала шунта,
L - длина проводника
S = / 4 – площадь поперечного сечения проводника, из которого изготовлен шунт
d – диаметр проволоки
Обычно шунты изготавливают из манганина, имеющего большое удельное сопротивление и малый термический коэффициент сопротивления.
Измерение напряжений
Для измерения напряжений в цепи применяются вольтметры, которые включаются в цепь параллельно (к тем точкам цепи, между которыми измеряется напряжение). Вольтметр должен иметь очень высокое внутреннее сопротивление, чтобы не влиять заметно на режим исследуемой цепи. Измерение напряжения производится вольтметром. Здесь также возможны четыре различных схемы подключения прибора (рис.3).
В этих схемах также используются методы расширения пределов измерения напряжения (вторая и четвертая схемы рис.3б, 3г), для расширения предела измерения вольтметра последовательно с ним включается добавочное сопротивление R 0 (рис.4).
По закону Ома:
или 
(7)
