Электрические измерения и измерительные приборы.. Лекция 1
 Скачать 0.53 Mb.
|
|
Тема 1. Электрические измерения и измерительные приборы. Лекция 1. Электрические измерения. Класс точности приборов. Погрешности при измерениях. Классификация эл. изм. приборов. Условные обозначения на шкале. Магнитоэлектрический и электромагнитный измерительные механизмы. Измерение напряжения и тока. Шунт и добавочное сопротивление. Измерение мощности. Электродинамический и ферродинамический измерительные механизмы. Индукционные счетчики.Измерение сопротивления изоляции.  Электрические измерения. Класс точности приборов. Погрешности при измерениях. Процесс измерения состоит в сравнении измеряемой величины с её значением, принятым за единицу. В системе измерений (СИ) приняты четыре основные единицы измерения: 1) Единица длинны – МЕТР [ м ]; 2) Единица времени – СЕКУНДА [ с ]; 3) Единица массы – КИЛОГРАММ [ кг ]; 4) Единица силы тока – АМПЕР - [ А ]; Существуют эталоны этих единиц измерений. метр (м) — длина, равная 16507763,73 длины волн в вакууме излучения атома криптона-86, соответствующего переходу между уровнями 2p10 и 5d5; килограмм (кг) — масса международного прототипа килограмма, который хранится в Национальном архиве Франции; секунда (с) — продолжительность 9192631770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133; ампер (А) — сила тока, при котором на каждый метр длины двух параллельных прямолинейных круглых проводников, расположенных в 1 м один от другого, приходится механическая сила 2×10-7 Н. При этом оговаривается, что проводники имеют бесконечную длину и ничтожно малую площадь сечения. Используя основные единицы измерений можно определить проризводные единицы других электрических и магнитных величин. Например, электрический заряд [ Кулон ]= [ А ] [ с ]. Это видно из определения силы тока i = dq/dt, где dq-изменение заряда, dt-изменение времени. Широко применяют кратные единицы: 10-12— пико (п), 10-9— нано (н), 10-6 — микро (мк), 10-3 — милли (м), 103 — кило (к), 106 — мега (М), 109 —гига (Г), 1012 — тера (Т) Существует два основных метода электрических измерений: - метод непосредственной оценки , - метод сравнения. В методе непосредственной оценки измеряемая величина отсчитывается непосредственно по шкале прибора. Шкала измерительного прибора предварительно градуируется по эталонному прибору в единицах измеряемой величины. Такая градуировка производится на заводе при изготовлении прибора. Достоинства этого метода — удобство отсчета показаний прибора и малая затрата времени на операцию измерения. В методе сравнения измеряемая величина сравнивается непосредственно с эталоном, образцовой или рабочей мерой. В этом случае точность измерений высокая. Метод сравнения используется главным образом в лабораторных условиях, он требует сравнительно сложной аппаратуры, высокой квалификации операторов и значительных затрат времени. При всяком измерении непрерывной величины неизбежна погрешность. АБСОЛЮТНАЯ ПОГРЕШНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЙ Δ =Аиз—А Δ— разница между измеренным Аиз и действительным Азначениями измеряемой величины. Она определяется систематическими и случайными погрешностями прибора, а также ошибками оператора. Систематическая погрешность – это влияние внешних условий, несовершенство метода измерений и прибора. ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ПОГРЕШНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЙ  Используется для более полной характеристики измерений. Величины Δ и δ характерезуют точность измерений. ПРИВЕДЁННАЯ ПОГРЕШНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЙ γ = Δ / Амах 100% , где Амах - максимальное значение шкалы прибора, т. е. предельное значение измеряемой величины. γ называют КЛАСС ТОЧНОСТИ ПРИБОРА. Классификация эл. изм. приборов. Условные обозначения на шкале. Электроизмерительные приборы классифицируются по различным признакам. - ПО КЛАССУ ТОЧНОСТИ: 0,05; 0,1; 0,2; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0 . - ПО ИЗМЕРЯЕМОМУ ТОКУ:  ,  ,  ,  - ПО ПРИНЦИПУ ДЕЙСТВИЯ:  -магнитоэлектрическия система прибора, - электромагнитная система прибора, - индукционная система прибора, и т.д.- ПО ИЗМЕРЯЕМОЙ ВЕЛИЧИНЕ: амперметр, вольтметр, омметр, ваттметр, частотометр и т.д.   Магнитоэлектрический и электромагнитный измерительные механизмы.   а) б) Рис. Механизм прибора а) магнитоэлектрической системы, б) электромагнитной системы. Магнитоэлектрическая система Принцип действия приборов магнитоэлектрической системы основан на использовании взаимодействия поля постоянного магнита и катушки (рамки), по которой протекает ток. Между полюсами постоянного магнита NS с помощью полюсных наконечников 3и цилиндрического сердечника 2создается воздушный зазор такой формы, что силовые линии магнитного поля при любом положении рамки 1перпендикулярны ее проводникам. Момент вращения рамки Мвр=k1 I2 , где k – коэффициент, зависящий от конструкции. Ток к рамке подводится через две спиральные пружины, которые одновременно служат для создания противодействующего момента. Момент, создаваемый пружиной (Мпр), пропорционален углу закручивания. Мпр=k2 α , где α-угол поворота рамки. Когда рамка останавливается, то момент вращения рамки равен моменту противодействия пружины Мвр= Мпр и k1 I = k2 α. Поэтому, α= I k1/ k2 или α= U k1/ k2 Угол отклонения рамки пропорционален току или напряжению. Электромагнитная система. В основе работы приборов электромагнитной системы лежит принцип механического взаимодействия магнитного поля и ферромагнитного материала. Сердечник 3 из магнитомягкого материала втягивается в катушку 1 при прохождении тока по ее обмотке. Противодействующий момент создается пружиной 2. Демпфирование осуществляется воздушным демпфером 4, представляющим собой гильзу, в которой может перемещаться легкий поршень, связанный со стрелкой. Вращающий момент пропорционален квадрату тока, так как магнитные поля катушки и сердечника создаются одним и тем же измеряемым током, проходящим по катушке:  Угол отклонения стрелки пропорционален квадрату тока или напряжения. Шкала прибора квадратичная, сжатая вначале. Измерение напряжения и тока.Измерение мощности. Шунт и добавочное сопротивление.  Рис. Схема включения а) амперметра и б) вольтметра в электрическую цепь. Для измерения тока в какой-либо ветви электрической цепи амперметр включают последовательно с ее элементами. Чтобы включение амперметра не искажало режима работы электрической цепи, его сопротивление должно быть малым. Вольтметр включают параллельно той ветви электрической цепи, напряжение на которой необходимо измерить. Чтобы включение вольтметра не приводило к изменению токов в цепи, его сопротивление должно быть значительно больше сопротивления ветви, параллельно которой подключен измерительный прибор.   Рис. а) и б) Схемы включения ваттметра в электрическую цепь, в) внешний вид прибора. Для измерения мощности в цепях постоянного и однофазного переменного токов используют ваттметры электродинамической системы. Ваттметр содержит две обмотки: подвижную и неподвижную. Неподвижную (амперметровую) обмотку включают последовательно потребителю. Подвижную (вольтметровую) включают параллельно потребителю. На лицевую панель ваттметра выведены четыре зажима, два из которых обозначим символом I(токовые зажимы) а два других — символом U (зажимы напряжения). Два зажима помечены точками и называются генераторными Ваттметр имеет четыре зажима: I, I*, U, U*. Неподвижная I-I*, подвижная U-U*. Градуировку ваттметров производят по схеме рис. , а. Для получения такой схемы генераторные зажимы (помечены точками) следует объединить и подключить к одному и тому же проводу. Вместе с тем генераторные зажимы являются началами обмоток. При правильном включении ваттметра стрелка будет отклоняться вправо. Чтобы изменить направление отклонения стрелки, необходимо изменить направление тока в любой из обмоток ваттметра. Шунт и добавочное сопротивление. Обмотка амперметра рассчитана на малые токи. Для расширения пределов измерения амперметра применяют шунт.   Rш — сопротивление шунта; RA — сопротивление амперметра; I— измеряемый ток; Iш — ток, проходящий через шунт; IА — максимально допустимый ток амперметра; n = I / IА - коэффициент расширения пределов измерения амперметром.  Формула позволяет по известному сопротивлению амперметра и заданному коэффициенту расширения пределов измерения подсчитать сопротивление шунта.Для расширения пределов измерения вольтметра применяют добавочное сопротивление.   Rдоп — добавочный резистор, Ry — сопротивление вольтметра; U— измеряемое напряжение; Uv— максимально допустимое напряжение вольтметра; Iv — ток, проходящий через вольтметр; m=U/Uv — коэффициент расширения пределов измерения вольтметром.  Формула позволяет по заданному коэффициенту расширения пределовизмерения и известному сопротивлению вольтметра найти добавочное сопротивление. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ.   |