Гр.208_Электротехника_2 пара_2-36_
Тема 2.4.1. Общие сведения об электрических измерениях и измерительных приборах
ЗАДАНИЕ:
1. Составить конспект(текст, схемы, формулы, таблицы).
2. Ответить на вопросы для самоконтроля.
План
1. Общие сведения
2. Классификация приборов
3. Системы измерительных приборов.
Ключевые понятия:
· измерение
· мера
· измерительный прибор
· класс точности
· погрешность
· магнитоэлектрическая система
· электродинамическая система
· индукционная система
Общие сведения
Измерение - это процесс определения физической величины с помощью технических средств.
Мера - это средство измерения физической величины заданного размера. Измерительный прибор - это средство измерения, в котором вырабатывается сигнал, доступный для восприятия наблюдателем.
Меры и приборы подразделяются на
· образцовые и
· рабочие.
Образцовые меры и приборы служат для поверки по ним рабочих средств измерений.
Рабочие меры и приборы служат для практических измерений.
Классификация измерительных приборов
Электроизмерительные приборы можно классифицировать по следующим признакам:
- методу измерения;
- роду измеряемой величины;
- роду тока; - степени точности;
- принципу действия.
Существует два метода измерения:
1) метод непосредственной оценки, заключающийся в том, что в процессе измерения сразу оценивается измеряемая величина;
2) метод сравнения, или нулевой метод, служащий основой действия приборов сравнения: мостов, компенсаторов.
По роду измеряемой величины различают электроизмерительные приборы:
- для измерения напряжения (вольтметры, милливольтметры, гальванометры);
|
|
- для измерения тока (амперметры, миллиамперметры, гальванометры);
- для измерения мощности (ваттметры);
- для измерения энергии (электрические счетчики);
- для измерения угла сдвига фаз (фазометры);
- для измерения частоты тока (частотомеры);
- для измерения сопротивлений (омметры),
и т.д.
В зависимости от рода измеряемого тока различают приборы
· постоянного,
· переменного однофазного и
· переменного трехфазного тока.
По степени точности приборы подразделяются на следующие классы точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; и 4,0.
Класс точности не должен превышать приведенной относительной погрешности прибора, которая определяется по формуле:
где А - показания поверяемого прибора;
А0 - показания образцового прибора;
Amax - максимальное значение измеряемой величины (предел измерения).
В зависимости от принципа действия различают системы электроизмерительных приборов. Приборы одной системы обладают одинаковым принципом действия. Системы измерительных приборов
Существуют следующие основные системы приборов:
- магнитоэлектрическая,
- электромагнитная,
- электродинамическая,
- индукционная.
Магнитоэлектрическая система.
Приборы этой системы (рис. 8.1) содержат:
постоянный магнит - 1, к которому крепятся полюса - 2. В межполюсном пространстве расположен стальной цилиндр - 3 с наклеенной на него рамкой - 4. Ток в рамку подается через две спиральные пружины -5.
Принцип действия прибора основан на взаимодействии тока в рамке с магнитным полем полюсов.
Рис.8.1 Магнитоэлектрическая система
Это взаимодействие вызывает вращающий момент, под действием которого рамка и вместе с ней цилиндр повернутся на угол. Спиральная пружина, в свою очередь, вызывает противодействующий момент. Так как вращающий момент пропорционален току,, а противодействующий момент пропорционален углу закручивания пружин, то можно написать:
|
|
где k и D - коэффициенты пропорциональности.
Следовательно, измеряемый ток можно определить произведением угла поворота (отсчитывается по шкале) и постоянной по току CI. К достоинствам этой системы относят высокую точность и чувствительность, малое потребление энергии. Из недостатков следует отметить сложность конструкции, чувствительность к перегрузкам, возможность измерять только постоянный ток (без дополнительных средств).
Электромагнитная система.
Приборы этой системы (рис. 8.2) имеют неподвижную катушку - 1 и подвижную часть в виде стального сердечника - 2, связанного с индикаторной стрелкой - 3 противодействующей пружины - 4.
Измеряемый ток, проходя по катушке, намагничивает сердечник и втягивает его в катушку. При равенстве вращающего и тормозящего моментов система успокоится. По углу поворота подвижной части определяют измеряемый ток. Среднее значение вращающего момента пропорционально квадрату измеряемого тока. Другими словами, угол отклонения подвижной части прибора пропорционален квадрату действующего значения переменного тока.
Рис. 8.2 Электромагнитная система
К главным достоинствам электромагнитной силы относятся: простота конструкции, надежность в работе, стойкость к перегрузкам. Из недостатков отмечаются: низкая чувствительность, большое потребление энергии, небольшая точность измерения, неравномерная шкала.
|
|
Электродинамическая система.
Эта система представляет собой две катушки (рис. 8.3), одна из которых неподвижная, а другая - подвижная. Обе катушки подключаются к сети, и взаимодействие их магнитных полей приводит к повороту подвижной катушки относительно неподвижной.
Рис.8.3 Электродинамическая система
Шкала электродинамической системы имеет квадратичный характер. Для устранения этого недостатка подбирают геометрические размеры катушек таким образом, чтобы подучить шкалу, близкую к равномерной. Эти системы чаще всего используются для измерения мощности, т.е. в качестве ваттметров. В этом случае шкала ваттметра равномерная.
Основным достоинством прибора является высокая точность измерения.
К недостаткам относятся малая перегрузочная способность, низкая чувствительность к малым сигналам, заметное влияние внешних магнитных полей.
Индукционная система.
Приборы индукционной системы получили широкое распространение для измерения электрической энергии. Принципиальная схема прибора приведена на рис. 8.4 Электрический счетчик содержит магнитопровод - 1 сложной конфигурации, на котором размещены две катушки; напряжения - 2 и тока - 3. Между полюсами электромагнита помещен алюминиевый диск - 4 с осью вращения - 5. Принцип действия индукционной системы основан на взаимодействии магнитных потоков, создаваемых катушками тока и напряжения с вихревыми токами, наводимыми магнитным полем в алюминиевом диске.
Рис. 8.4 Индукционная система
Магнитный поток ФU пропорционален напряжению Магнитный поток ФI пропорционален току. Вращающий момент пропорционален активной мощности нагрузки. Противодействующий момент создается тормозным магнитом - 6 и пропорционален скорости вращения диска: В установившемся режиме и диск вращается с постоянной скоростью.
Угол поворота диска счетчика пропорционален активной энергии. Следовательно, число оборотов диска n тоже пропорционально активной энергии.
Вопросы для самоконтроля
1. Какие существуют виды погрешностей при измерениях?
2. На какие классы точности делятся электроизмерительные приборы?
3. Как определяется класс точности прибора?
4. Какими знаками на шкале обозначаются приборы магнитоэлектрической, электродинамической и индукционной системы.