Приборы электромагнитной системы предел измерения тока

Электроизмерительные приборы

Электроизмерительные приборы по принципу действия делятся на следующие системы: магнитоэлектрическую, электромагнитную, элек­тродинамическую, индукционную, электростатическую, тепловую и др.

Рассмотрим устройство и принцип действия приборов магнито­электрической системы (рис. 1).

Электроизмерительные приборы магнитоэлектрической системы предназначаются для измерения силы тока и напряжения в цепях постоянного тока. Работа приборов магнитоэлектрической системы основана на взаимодействии магнитного поля постоянного магнита и подвижной катушки, по которой протекает измеряемый ток.

Применяя различные преобразователи и выпрямители, магнитоэлектрические приборы можно использовать также для электрических измерений в цепях переменного тока высокой частоты и для перемещения неэлектрических величин (температуры, давлений, перемещений и т. д.). Лабораторные измерения на постоянном токе производятся преимущественно посредством магнитоэлектрических приборов.

Неподвижную часть прибора со­ставляют постоянный подковооб­разный магнит 1 и железный цилиндр 2. В рабочем зазоре между ними образуется радиальное магнитное поле. Подвижная катушка 3 выпол­нена из тонкого изолированного провода, намотанного на алюминие­вый каркас, помещена в узком рабочем зазоре, укреплена на оси и может свободно поворачиваться относительно этой оси.

Концы катушки электрически соединены с пру­жинками, по которым поступает ток в катушку. При наличии тока в катушке возникают силы со стороны магнитного поля, создающие вра­щаю­щий момент, пропорциональный току: . В то же время возникает и противодействующий момент, создаваемый спиральными пружинками, который пропорционален углу закручивания пружинок .

При равенстве вра­щаю­щего и противодействующего моментов получаем

Таким образом, угол отклонения катушки, а следовательно, и скрепленной с нею стрелки, будет пропорционален силе протекающего по обмотке тока: .

Из последнего выражения следует, что шкала приборов магнито­электрической системы равномерная.

Для того чтобы по­движная часть возможно скорее устанавливалась в положении равновесия, в приборы есть успокоители. Последние нужны для поглощения кине­тической энергии подвижной части. Для большинства стрелочных при­боров время успокоения должно быть не более 4 с, причем временем успокоения считается время от момента включения прибора до момен­та, когда стрелка прибора отклоняется от положения равновесия не более чем на 1% шкалы. Применяются магнитоиндукционные и воздушные успокоители. Магнитоиндукционное успокоение основано на взаимодействии вихревых токов, индуктируемых в подвижной алюминие­вом каркасе при его движении в магнитном поле постоянного магнита, с этим полем.

Магнитоэлектрические приборы применяют для измерения посто­янных токов и напряжений, а также в качестве гальванометров и инди­каторов при измерении сопротивле­ний.

Достоинствами магнитоэлектрических приборов являются: высокая чувствительность и точность показаний; нечувствительность к внешним магнитным полям; малое потребление энергии; равномерность шкалы; апериодичность (стрелка быстро устанавливается на соответствующем делении почти без колебаний).

К недостаткам приборов этой системы относятся: возможность измерения только в цепях постоянного тока; чувствительность к перегрузкам. Для измерения переменного тока магнитоэлектрический измерительный механизм должен быть соединен с тем или иным преобразователем переменного тока в постоянный (напри­мер, двухполупериодный выпрямитель).

Для расширения пределов измерения приборы магнитоэлектриче­ской системы; а также приборы других систем снабжают набором ре­зисторов для делителей измеряемых величин. Резистор, включаемый последовательно с катушкой измерительного механизма, называется добавочным резистором (рис. 2) ; резистор, который включается параллель­но с катушкой измерительного механизма или с ветвью, содержащей катушку и добавочный резистор, называется шунтом (рис. 3).

Если магнитоэлектрический прибор, применяемый для измерения напряжения, имеет внутреннее сопротивление и номинальный предел измерения , а нужно расширить предел до , то сопротив­ле­ние добавочного резистора рассчитывается по формуле (вывести самостоятельно)

,

где , U – измеряемое напряжение, UV — предел измере­ния.

Если магнитоэлектрический прибор, применяемый для измерения тока, имеет внутреннее сопротивление и номинальный предел измерения IA, а нужно расширить предел до , то сопротив­ле­ние шунта определяется по формуле (вывести самостоятельно)

,

где , I — измеряемый ток, IA — предел измере­ния.

Шунты и добавочные резисторы являются простейшими измери­тельными преобразователями.

Приборы электромагнитной системы предназначаются для измерения силы тока и напряжения в цепях переменного и постоянного тока. Принцип действия приборов электромагнитной системы основан на взаимодействии магнитного поля катушки А, по которой протекает измеряемый ток, и подвижного сердечника В из магнитомягкого ферромагнитного материала (рис. 4). Сердечник закреплен эксцентрично на оси и может входить в щель катушки, поворачиваясь вокруг оси О к которой прикреплена стрелка-указатель. Под действием магнитного поля катушки сердечник, стремясь расположиться так, чтобы его пересекало возможно больше силовых линий, втягивается в катушку по мере увеличения в ней силы тока. Противодействующий момент создается спиральной пружиной К. Приборы электромагнитной системы снабжаются воздушным успокоителем, представляющим собой камеру D, в которой перемещается алюминиевый поршенек Е (демпфер). При повороте сердечника поршенек встречает сопро­тивление воздуха, вследствие чего колебания подвижной части быстро затухают.

Магнитное поле катушки пропорционально току; намагничивание железного сердечника тоже увеличивается с увеличением тока, поэтому вращающий момент пропор­ционален квадрату силы тока:

,

где k1 – коэффициент, зависящий от конструкции прибора.

Противодействующий момент Мпр, создавае­мый пружиной К, про-пропорционален углу поворота подвижной части прибора:

,

где k2 – коэффициент пропорциональности, зависящий от упру­гих свойств пружины.

Равновесие подвижной части прибора определится равенством моментов, действующих на нее в противоположных направлениях, т. е.

, где k=k1/k2 .

Таким образом видно, что угол отклонения подвижной части и указателя пропорциона­лен квадрату тока, поэтому шкала электромагнитных при­боров нерав­номер­ная.

С изменением направления тока меняется как направление магнитного поля, так и полярность намагничивания сердечника. Поэтому приборы электромагнитной системы применяются для измерения как на постоянном, так и на переменном токе низких частот, что является одним из их достоинств.

К другим достоинствами приборов электромагнитной системы относятся: про­стота конструкции, механическая прочность, выносливость в отношении перегрузок. Их недос­татками являются: неравномерность шкалы, меньшая точность и чувст­вительность, чем у приборов магнитоэлектрической системы, зависи­мость показаний от внешних магнитных полей.

Электромагнитные приборы являются одними из самых распро­страненных щитовых приборов для измерений в цепях переменного тока. Следует отметить, что основные данные электроизмерительного прибора указаны уловными обозначениями на его шкале (часть их может быть размещена и на корпусе прибора) которые приведены в приложении I.

Источник

Приборы электромагнитной системы

Принцип действия приборов электромагнитной системы основан на взаимодействии магнитного поля, создаваемого током в неподвижной катушке, с подвижным ферромагнитным сердечником. Одна из конструкций электромагнитного механизма представлена на рис. 4.9, где 1 – катушка; 2 – сердечник, укрепленный на оси прибора; 3 – воздушный успокоитель; 4 – спиральная пружинка, создающая противодействующий момент.

При включении прибора под действием магнитного поля катушки сердечник втягивается внутрь катушки. Подвижная часть механизма поворачивается до тех пор, пока вращающий момент не уравновесится противодействующим моментом, создаваемым пружинкой.

Рис. 4.9. Устройство прибора электромагнитной системы

Вращающий момент, возникающий при прохождении тока I через катушку,

,

где L – индуктивность катушки; a – угол поворота подвижной части.

Из условия равенства вращающего и противодействующего моментов получим

. (4.6)

Из (4.6) следует, что при измерении в цепи переменного тока угол поворота подвижной части прибора электромагнитной системы пропорционален квадрату среднеквадратического значения тока, т.е. не зависит от направления тока. Поэтому электромагнитные приборы одинаково пригодны для измерений в цепях постоянного и переменного тока. В соответствии с (4.6) шкала прибора квадратичная, однако на практике ее можно приблизить к линейной подбором формы сердечника.

Достоинствами приборов электромагнитной системы являются простота конструкции, способность выдерживать значительные перегрузки, возможность градуировки приборов, предназначенных для измерений в цепях переменного тока, на постоянном токе. К недостаткам приборов можно отнести большое собственное потребление энергии, невысокую точность, малую чувствительность и сильное влияние магнитных полей.

Промышленностью выпускаются амперметры электромагнитной системы с верхним пределом измерения от долей ампера до 200 А и вольтметры с пределами измерения от долей вольта до сотен вольт.

При необходимости расширения пределов измерения амперметров и вольтметров применяются шунты и добавочные сопротивления. Для расширения пределов измерения амперметров в области повышенных частот используются трансформаторы тока. На рис. 4.10 показано включение амперметров во вторичную обмотку трансформатора тока.

Рис. 4.10. Включение амперметра с трансформатором тока

На рис. 4.10 w1 – первичная обмотка; w 2 – вторичная обмотка; I1, и I2 – соответствующие токи.

Приборы электромагнитной системы применяются в основном в качестве щитовых амперметров и вольтметров переменного тока промышленной частоты. Класс точности щитовых приборов 1,5 и 2,5. В некоторых случаях они используются для работы на повышенных частотах: амперметры до 8000 Гц, вольтметры до 400 Гц. Выпускаются также переносные приборы электромагнитной системы классов точности 0,5 и 1,0 для измерения в лабораторных условиях.

Выпрямительные приборы. Выпрямительные приборы применяются для измерения напряжения и силы тока в частотном диапазоне от звуковых частот до высоких и сверхвысоких частот. Принцип работы таких приборов заключается в выпрямлении переменного тока с помощью полупроводниковых диодов (рис. 4.11).

Рис. 4.11. Выпрямительные приборы

Постоянная составляющая выпрямленного тока измеряется прибором магнитоэлектрической системы, например микроамперметром. В схеме прибора используют однополупериодные и двухполупериодные выпрямители.

Читайте также:  Тиристорное зарядное устройство с стабилизацией зарядного тока

В однополупериодных схемах (рис. 4.11, а) ток через магнитоэлектрический прибор, включенный последовательно с диодом Д1, пропускается только в положительный полупериод. В отрицательный полупериод, для которого сопротивление диода Д1 велико, ток протекает через диод Д2, включенный параллельно прибору. Для уравнивания сопротивления параллельных ветвей последовательно со вторым диодом включен резистор R, сопротивление которого равно сопротивлению измерительной цепи прибора. Подвижная часть магнитоэлектрического прибора обладает механической инерцией и при частотах выше 10…20 Гц не успевает следить за мгновенными значениями вращающего момента, реагируя только на среднее значение момента. Из уравнения шкалы магнитоэлектрического прибора (4.5) следует, что отклонение стрелки выпрямительного прибора пропорционально среднему за период значению переменного тока. Для однополупериодного выпрямителя при токе синусоидальной формы среднее значение определяется как

,

и показания прибора

. (4.7)

В двухполупериодных схемах выпрямителя (рис. 4.11, б) ток, протекающий через прибор, увеличивается вдвое по сравнению с током, протекающим в схеме рис. 4.11, а. Для синусоидального тока значение средневыпрямленного тока

.

Из (4.7) видно, что шкала выпрямительного прибора линейна, и при любой форме кривой измеряемого тока отклонение стрелки прибора пропорционально среднему за период значению. Однако на практике шкалу выпрямительных приборов всегда градуируют в среднеквадратических значениях напряжения (тока) синусоидальной формы. Следовательно, в приборах с двухполупериодным выпрямлением все значения оцифрованных делений шкалы как бы умножены на коэффициент формы КФ = 1,11. Отсюда следует, что при измерении тока или напряжения несинусоидальной формы полученный отсчет по шкале такого выпрямительного прибора сначала нужно разделить на 1,11 (получить выпрямленное значение измеряемой величины), а затем умножить на коэффициент формы, соответствующий форме реального сигнала. В приборах с однополупериодным выпрямлением вместо 1,11 подставляют 2,22.

Выпрямительные приборы получили широкое распространение в качестве комбинированных измерителей постоянного и переменного тока и напряжения классов точности 1,5 и 2,5; с пределами измерения по току от 2 мА до 600 А; по напряжению – от 0,3 до 600 В.

Достоинствами выпрямительных приборов являются высокая чувствительность, малое собственное потребление энергии и возможность измерения в широком диапазоне частот. Частотный диапазон выпрямительных приборов определяется возможностями применяемых диодов. Так, применение точечных кремниевых диодов обеспечивает измерение переменных токов и напряжений до частот порядка 10 4 …10 5 Гц. Основными источниками погрешностей этих приборов являются изменения параметров диодов с течением времени, влияние окружающей температуры, а также отклонение формы кривой измеряемого тока или напряжения от той, при которой произведена градуировка прибора.

Термоэлектрические приборы. Эти приборы используются для измерения токов в диапазоне высоких частот. Термоэлектрический прибор состоит из термоэлектрического преобразователя и прибора магнитоэлектрической системы. Простейший термопреобразователь (рис. 4.12) содержит нагреватель Н, по которому протекает измеряемый ток I, и связанную с ним термопару ТП.

Термоэлектрические преобразователи разделяются на контактные (рис. 4.12, а) и бесконтактные (рис. 4.12, б). В контактном преобразователе имеется гальваническая связь между нагревателем и термопарой, т.е. между входной и выходной цепью, что не всегда допустимо.

Рис. 4.12. Термоэлектрический преобразователь

В бесконтактном преобразователе нагреватель отделен от термопары изолятором из стекла или керамики, либо воздушной прослойкой.

Рабочий спай термопары (см. рис. 4.12, а) находится в тепловом контакте с нагревателем, который представляет собой тонкую проволоку из сплава с высоким удельным сопротивлением (нихром, манганин). Для изготовления термопары применяются еще более тонкие проволочки из термоэлектродных материалов. При прохождении измеряемого тока через нагреватель место контакта нагревателя и термопары нагревается до температуры t1, а холодный спай b остается при температуре окружающей среды t.

В установившемся тепловом режиме мощность, выделяемая в нагревателе Pвыд, и мощность, рассеиваемая нагревателем в окружающую среду Pрас, равны. Если учесть, что

,

где am – коэффициент теплоотдачи от нагревателя к окружающей среде; S – площадь теплоотдающей поверхности нагревателя; q – перегрев рабочего спая термопары над температурой окружающей среды (q = t1t); Rн – сопротивление нагревателя, то

.

При перегреве рабочего спая термопары на величину q в цепи термопары возникает термоэлектродвижущая сила

,

где k – коэффициент пропорциональности.

Таким образом, при прохождении измеряемого тока через нагреватель в цепи магнитоэлектрического прибора возникает постоянный ток IV, пропорциональный квадрату среднеквадратического значения измеряемого тока,

,

где RV – сопротивление магнитоэлектрического прибора.

Поскольку действие прибора основано на тепловом действии тока, то понятно, что магнитоэлектрический прибор с термоэлектрическим преобразователем измеряет среднеквадратическое значение переменного тока любой формы. Шкала термоэлектрического прибора близка к квадратичной.

Термоэлектрические приборы получили распространение преимущественно для измерения токов. В качестве вольтметров они практически не применяются, так как их входное сопротивление чрезвычайно мало.

К достоинствам приборов термоэлектрической системы можно отнести высокую чувствительность к измеряемому току, широкий диапазон частот, а также возможность измерения среднеквадратических значений токов произвольной формы. Недостатками термоэлектрических приборов являются неравномерность шкалы, зависимость показаний от температуры окружающей среды и большая инерционность термопреобразователей. Термоэлектрические приборы очень чувствительны к перегрузкам.

В зависимости от назначения термоэлектрические приборы имеют различные пределы измерения (от 1 мА до 50 А), классы точности (от 1,0 до 2,5) и частотный диапазон (от 45 Гц до сотен мегагерц).

Дата добавления: 2015-10-22 ; просмотров: 6172 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Прибор электромагнитной системы

Электроизмерительные приборы электромагнитной системы (рис.12) предназначены для измерения силы тока и напряжения в цепях постоянного и переменного тока.

Принцип действия приборов электромагнитной системы основан на взаимодействии магнитного поля создаваемого протекающим по неподвижной катушке тока и подвижного железного сердечника.

Приборы электромагнитной системы состоят из

неподвижной катушки, по которой протекает измеряемый ток,

железного сердечника особой формы с отверстиями закрепленного эксцентрично на оси и имеющего возможность перемещаться относительно катушки,

противодействующих спиральных пружин и воздушного успокоителя, представляющего собой камеру в которой перемещается алюминиевый поршенек.

Под действием магнитного поля неподвижной катушкиподвижный сердечник стремясь, расположится так, чтобы его пересекало, возможно, больше силовых линий магнитного поля, втягивается в катушку по мере увеличения в ней силы тока.

Магнитное поле катушки пропорционально току;

намагничивание железного сердечника тоже увеличивается с увеличением тока.

Поэтому можно приближенно считать, что в электромагнитных приборахсоздаваемый вращающий магнитный момент пропорционален квадрату тока. Противодействующий механический момент создаваемый спиральными пружинами пропорционален углу поворота подвижной части прибора, поэтому шкала электромагнитного прибора неравномерная, квадратичная.

В электромагнитных приборах при изменении направления тока меняется как направление создаваемого магнитного поля, так и полярность намагничивания сердечника. Поэтому приборы электромагнитной системы применяются для измерения физических величин в цепях как постоянного, так и переменного токов низких частот без дополнительных устройств.

Достоинствами приборов электромагнитной системы являются:

возможность измерения физических величин в цепях как постоянного, так и переменного токов;

выносливость в отношении перегрузок.

К недостаткам приборов этой системы относятся:

меньшая точность, чем в магнитоэлектрических приборах;

зависимость показаний от внешних магнитных полей.

Прибор электродинамической системы

Электроизмерительные приборы электродинамической системы (рис.13) предназначены для измерения силы тока, напряжения и мощности в цепях постоянного и переменного тока.

Принцип действия приборов электродинамической системы основан на взаимодействии магнитных полей создаваемых измеряемым током, протекающим по неподвижной и подвижной катушкам.

Приборы электродинамической системы состоят из

жестко закрепленной неподвижной катушки,

закрепленной на оси подвижной катушки (расположена внутри неподвижной катушки) с которой жестко связана стрелка, перемещающаяся над шкалой,

противодействующих спиральных пружин и

Под действием магнитного поля неподвижной катушки и тока в подвижной катушке создается вращающий магнитный момент, под влиянием которого подвижная катушка будет стремиться повернуться так, чтобы плоскость ее витков стала параллельной плоскости витков неподвижной катушки, а их магнитные поля совпадали бы по направлению. В первом приближении вращающий магнитный момент, действующий на подвижную катушку, пропорционален как току в подвижной катушке, так и току в неподвижной катушке. Противодействующий механический момент создаваемый спиральными пружинами пропорционален углу поворота подвижной части прибора, поэтому шкала электродинамического прибора неравномерная. Однако подбором конструкции катушек можно улучшить шкалу, то есть получить равномерную шкалу.

При перемене направления тока в обеих катушках направление вращающего магнитного момента не меняется. Поэтому приборы электродинамической системы применяются для измерения физических величин в цепях как постоянного, так и переменного токовбез дополнительных устройств.

В зависимости от назначения электродинамического прибора катушки внутри него соединяются между собой последовательно или параллельно.

Если катушки прибора соединить параллельно и установить добавочное сопротивление (шунт – уменьшает сопротивление прибора до требуемого минимального значения), то он может быть использован как амперметр.

Если катушки соединить последовательно и присоединить к ним добавочное сопротивление, то прибор может быть использован как вольтметр.

Приборы электродинамической системы используются для измерения потребляемой в цепи мощности – электродинамический ваттметр.

Он состоит из двух катушек:

неподвижной, с небольшим числом витков толстой проволоки, включенной последовательнос тем участком цепи, в котором требуется измерить расходуемую мощность, и

Читайте также:  Как мультиметром проверить ток в автомате

подвижной, содержащей большое число витков тонкой проволоки и помещенной на оси внутри неподвижной катушки. Подвижная катушка включается в цепь подобно вольтметру, то есть параллельнопотребителю, и для увеличения её сопротивления последовательно с ней вводится добавочное сопротивление. Отклонение подвижной части прибора пропорционально мощности и поэтому шкалу прибора градуируют в ваттах. Ваттметры электродинамической системы имеют равномерную шкалу.

Достоинствамиприборов электродинамической системы являются:

возможность измерения физических величин в цепях как постоянного, так и переменного токов;

Электродинамические амперметры и вольтметры применяются главным образом в качестве контрольных приборов для измерений в цепях переменного тока.

К недостаткамприборов этой системы относятся:

неравномерность шкалы у амперметров и вольтметров;

чувствительность к внешним магнитным полям;

большая чувствительность к перегрузкам.

Электростатический вольтметр

Электростатические приборы служат преимущественно для непосредственного измерения высоких напряжений в цепях постоянного и переменного токов – электростатический вольтметр (рис.14).

Принцип действия электростатического вольтметра основан на электростатическом взаимодействии заряженных проводников.

Электростатический вольтметр состоит из неподвижного электрода, представляющего собой металлическую камеру, подвижного алюминиевого электрода в форме пластинки закрепленного на оси, противодействующей спиральной пружины или системы растяжек, системы быстрого успокоения использующей постоянный магнит и светового указателя.

Измеряемое напряжение подводится одним полюсом к неподвижному электроду, а другим к подвижному электроду. Подвижный и неподвижный электроды заряжаются противоположными по знаку зарядами, и возникающая сила притяжения втягивает подвижный электрод внутрь неподвижного. Противодействующий механический момент создается упругими силами спиральной пружины или системы растяжек.

В электростатических приборах моменты, действующие на подвижную часть малы, поэтому для отсчета показаний прибора пользуются световым лучом, отраженным от небольшого легкого зеркальца, укрепленного на оси.

Угол поворота подвижного электрода зависит как от квадрата напряжения, так и от изменения емкости, поэтому шкала электростатического прибора неравномерная, квадратичная. Подбор размеров и формы электродов позволяет получить зависимость емкости от угла поворота постоянной.

Квадратичная зависимость угла поворота подвижного электрода от напряжения позволяет применять такие приборы для измерения не только постоянного напряжения, но и напряжения переменного тока (до частоты прядка 30МГц).

Электростатические приборы имеют малую входную емкость и высокое сопротивление изоляции; поэтому измерение постоянного напряжения происходит практически без потребления мощности самим прибором и с очень малым потреблением мощности при измерении переменного напряжения.

Электростатические вольтметры применяются для измерений высоких напряжений постоянного, а также переменного токов, причем при измерении высокого напряжения переменного тока не требуется применения специальных измерительных трансформаторов.

Электронные приборы

Приборы такой системы содержат одну или несколько электронных ламп и измерительный прибор магнитоэлектрической системы, соединенных в схему позволяющую производить измерения электрических величин(Ламповый милливольтметр В3–38Б рис.15).

Электронные приборы обладают большим входным сопротивлением, выдерживают достаточно большие перегрузки, но имеют малую точность измерений.

Цифровые измерительные приборы

В цифровых измерительных приборах (относятся к электронным приборам) непрерывно измеряемая величина или её аналог, то есть физическая величина, пропорциональная измеряемой, преобразуется в дискретную форму и результат измерения выводится в виде числа, появляющегося на отсчетном или цифропечатающем устройстве.

Достоинствами цифровых измерительных приборов являются: возможность измерения физических величин в цепях как постоянного, так и переменного токов без дополнительных устройств; быстродействие и устойчивость к помехам. Наличие цифрового отсчетного устройства исключает погрешность отсчета измеряемой величины.

Примером многопредельного комбинированного универсального цифрового полупроводникового прибора является вольтметр В7–22А рис.16. Данный прибор используется в цепях как постоянного, так и переменного токов для измерения напряжения, силы тока и сопротивления в широких пределах.

На передней панели полупроводникового вольтметра В7–22А расположены кнопки, нажатием которых, можно выбрать диапазон измерения (например, от 0 до 0,2; от 0 до 2; от 0 до 20 и т.д.) и измеряемую физическую величину (например, напряжение V в вольтах, силу тока mA в миллиамперах, сопротивление kΩ в килоомах).

Многопредельные приборы

Измерительный прибор, электрическую схему которого можно переключать для изменения интервалов измеряемой физической величины, называется многопредельным (рис.17). В случае амперметров изменение пределов измерений достигается включением различных дополнительных сопротивлений называемых шунтами (рис.18а), в случае вольтметров – включением добавочных сопротивлений (рис.18б) расположенных внутри многопредельного прибора.

Применение многопредельных приборов связано с тем, что часто требуется измерять электрические величины в очень широких пределах с достаточной степенью точности в каждом интервале (электромеханические приборы обеспечивают высокую точность, если снимаемые показания находятся в третьей четверти шкалы). В этом случае многопредельный прибор заменяет несколько однотипных приборов с различными пределами измерения.

Например, при снятии анодных характеристик ламповых и полупроводниковых диодов величина анодного тока, в зависимости от анодного напряжения, может изменяться в пределах от 0 до 5А. Если измерения производить прибором (рис.17), шкала которого рассчитана на 5А, то небольшие токи будут измерены таким прибором с большой погрешностью.

1. Шкала прибора;

2. Зеркало, позволяющее исключить погрешность параллакса;

3. Переключатель пределов измерений;

4. Клеммы, предназначенные для подключения прибора в электрическую цепь.

Наряду с электромеханическими, электронными и цифровыми приборами в лабораторных работах широко используются электронные осциллографы, генераторы сигналов звуковой частоты, блоки питания, реостаты, потенциометры, магазины сопротивлений, добавочные сопротивления и шунты.

Электронный осциллограф

Электронный осциллограф – прибор для графического изображения функциональной зависимости между двумя или более величинами, характеризующими какой–либо физический процесс.

Основной частью осциллографа является электронно-лучевая трубка (ЭЛТ). ЭЛТ состоит из стеклянного болона, из которого выкачан воздух до давления порядка 10 -8 мм.рт.ст. рис.19.

Источником электронов служит катод 2, подогреваемый спиралью 1. Фокусирующий цилиндр 3, регулирует количество вылетающих в единицу времени электронов, то есть яркость пятна на экране. Потенциал фокусирующего цилиндра отрицательный, его иначе называют управляющим электродом. Аноды 4 и 5 ускоряют и фокусируют электроны, концентрируют их в узкий пучок. Подогреватель 1, катод 2, фокусирующий цилиндр 3 и оба анода 4 и 5 образуют так называемую электронную пушку, а фокусирующий цилиндр 3 и система анодов 4 и 5 фокусирующую систему. Выходя из второго анода, электронный пучок проходит между двумя парами пластин 6 и 7 – это вертикально и горизонтально отклоняющие пластины. Между катодом и первым анодом приложено напряжение порядка 10 3 В, электроны ускоряются. Второй анод имеет потенциал выше первого и фокусирует электроны. Между катодом и вторым анодом напряжение составляет 2…5 кВ.

На передней панели электронного осциллографа С1–68 (рис.20) расположены управляющие лучом устройства, позволяющие регулировать фокус, яркость, синхронизировать исследуемый сигнал, перемещать луч вдоль оси Х и Y.

Дата добавления: 2018-08-06 ; просмотров: 6624 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Источник

Тема: Электроизмерительные приборы и измерения электрических величин

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.

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.

Род измеряемого тока

Высокая точность, равномерность шкалы

Неустойчив к перегрузкам

Простота устройства, к перегрузкам устойчив

Низкая точность, чувствителен к помехам

чувствителен к помехам

Высокая надежность, к перегрузкам устойчив

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.

Читайте также:  Как высчитать мощность электродвигателя по силе тока 1

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.).

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).

Получить полный текст Подготовиться к ЕГЭ Найти работу Пройти курс Упражнения и тренировки для детей

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

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:

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.

Получить полный текст Подготовиться к ЕГЭ Найти работу Пройти курс Упражнения и тренировки для детей

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):

Связь относительной погрешности измерения 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 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 типа
Э-377, класса точности 1,5, с пределом шкалы 250 В. Показание
вольтметра 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.

Источник

Поделиться с друзьями
Блог электрика
Adblock
detector