Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Электрические измерения и приборы.
Показания электроизмерительных приборов являются основой для суждений о работе электротехнических устройств, так как органы чувств человека не могут непосредственно наблюдать электрические величины –
ток, напряжение и т.д. Этим определяется исключительное значение измерений в электротехнике.
Измерение – это определение физической величины опытным путем с помощью измерительных приборов.
В большинстве приборов имеется подвижная и не подвижная части.
Принцип действия измерительных приборов:
Электрический ток, проходя через прибор, вызывает появление вращающего момента с помощью спиральных пружин 5 и 6. Пружина 6 одним концом крепится к оси 2, а другой к поводку 4 корректора 7. С помощью винта 8 корректора устанавливается на нуль стрелка 3 не включенного прибора. Для уравновешивания подвижной части служат грузики 9. Подвижная часть прибора вместе с пружиной образуют систему, способную к механическим колебаниям. Поэтому при изменении измеряемой величины подвижная часть устанавливается в новое положение после нескольких колебаний. Успокоители служат для того, чтобы подвижная часть, а вместе с ней стрелка прибора, принимала новое положение как можно скорее.
В настоящее время широко применяются магнитные, воздушные и жидкостные успокоители.
в воздушных используется сопротивление воздуха движению поршня 1 в закрытой камере 2; в магнитных колебания тормозятся за счет взаимодействия вихревых токов с полем постоянных магнитов 3.Ось 2 заканчивается кернами, опирающимися на подпятники 1. Жестко с осью закреплена стрелка 3, двигающаяся вдоль отсчетного устройства со шкалой. На шкалу наносятся отметки в виде черточек, соответствующих определенным значениям измеряемой величины.
Интервал между соседними отметками называется делением.
Наибольшее указанное на шкале значение величины называется номинальным показанием прибора Апр (верхний предел измерения прибора).
В связи с тем, что абсолютно точных приборов нет, их показания несколько отличаются от действительного значения измеряемой величины.
Например: если напряжение источника 100В, а вольтметр со шкалой 150В, включенный в данную цепь, показывает 103В, то абсолютная погрешность ΔА = Аизм - Адейств = 103 -100 = 3В
Основной величиной для оценки точности измерения служит относительная погрешность
Например: если абсолютная погрешность 3В, а измеряемые величины 50В и 100В, то относительная погрешность для обоих случаев составит: ; ; т.е. относительная погрешность в начале шкалы прибора больше, чем в конце.
Для оценки точности приборов служит их приведенная погрешность:
Пример: в нашем случае абсолютная погрешность 3В, наибольшее показание прибора 150В и приведенная погрешность
Приборы классов точности считаются:
Измерительные приборы по роду тока делятся:
|
Знак на шкале прибора |
Пояснение |
|
Род тока
|
постоянный ток однофазный переменный ток трехфазный переменный ток |
|
Зажимы * |
Общий зажим (генераторный) Зажим, соединенный с корпусом Зажим для заземления |
|
Установка прибора |
Вертикальная Горизонтальная Под углом |
|
Прочность изоляции прибора |
Измерительная цепь изолирована от корпуса и испытана напряжением 2кВ |
По принципу действия измерительные приборы делятся:
магнитоэлектрические
электромагнитные
электродинамические
индукционные и т.д.
Условные знаки на шкалах электроизмерительных приборов:
|
Система прибора |
Условное обозначение |
|
магнитоэлектрические |
|
|
электромагнитные |
|
|
электродинамические |
|
|
индукционные |
|
|
магнитоэлектрический логометр |
По роду измеряемой величины приборы делятся:
|
род измеряемой величины |
Название прибора |
условное обозначение на схемах |
|
напряжение и эдс |
вольтметр (киловольтметр) |
|
|
сила тока |
амперметр (миллиамперметр) |
|
|
электрическая мощность |
ваттметр (киловаттметр) |
|
|
электрическая энергия |
счетчики электрической энергии |
|
|
электрическое сопротивление |
омметр |
|
|
частота переменного тока |
частотомер |
|
|
угол сдвига фаз |
фазометр |
|
В электротехнике применяются кратные единицы электрических и магнитных величин:
|
пико (п) - 10-12 |
кило (к) – 103 |
|
нано (н) – 10-9 |
мега (М) – 106 |
|
микро (мк) – 10-6 |
гига (Г) – 109 |
|
милли (м) – 10-3 |
тера (Т) – 1012 |
На шкале измерительных приборов условными значками и цифрами указаны следующие данные:
Цена деления шкалы прибора равна отношению разности между двумя соседними числовыми значениями, обозначенными цифрами
и количеством промежутков между этими цифрами.
Например:
Приборы магнитоэлектрической системы
Магнитоэлектрический механизм работает лишь при постоянном токе. В этих приборах вращающий момент создается взаимодействием поля постоянного магнита и подвижной катушки, по которой проходит измеряемый ток.
Приборы этой системы являются наиболее чувствительными и точными из всех существующих приборов с непосредственным отчетом.
Достоинства: большая точность, высокая чувствительность, равномерная шкала, малое потребление энергии, малое влияние на них внешних магнитных полей, достаточно быстрое успокоение стрелки.
Нашли широкое применение в цепях постоянного тока в качестве амперметров, вольтметров.
Недостатки: высокая стоимость, чувствительность к перегрузкам, пригодность только для постоянного тока.
Приборы электромагнитной системы
В электромагнитных измерительных механизмах вращающий момент создается воздействием на подвижный ферромагнитный сердечник магнитного поля измеряемого тока, проходящего по неподвижной катушке.
Существуют две основные конструкции:
В механизмах с плоской катушкой сердечник 1 втягивается в узкую щель катушки 2, когда по этой катушке проходит измеряемый ток. Для усиления магнитного поля и регулирования вращающего момента служит второй неподвижный сердечник 3.
В механизмах с круглой катушкой внутри катушки 1 находятся два ферромагнитных сердечника 2 и 3. Один из них 2 неподвижен, а второй 3 – подвижный укреплен на оси. Когда по катушке проходит измеряемый ток, то сердечники намагничиваются одноименно и стремятся оттолкнуться друг от друга, что и создает вращающий момент.
Достоинства: по конструкции просты, дешевы, весьма устойчивы к перегрузкам, могут работать в цепях постоянного и переменного тока.
Нашли широкое применение в цепях постоянного и переменного тока в качестве амперметров, вольтметров.
Недостатки: относительно большое собственное потребление энергии, зависимость показаний от внешних магнитных полей, неравномерность шкалы, особенно ее начальной части.
Измерение силы тока и напряжения
Для измерения силы тока и напряжения чаще всего используют измерительные приборы магнитоэлектрической и электромагнитной систем. Приборы называются амперметры и вольтметры.
Амперметр измеряет ток в цепи и включается последовательно в эту цепь.
Вольтметр измеряет напряжение в цепи и включается параллельно в эту цепь.
Для измерения токов и напряжений, превышающих верхний предел измерения прибора, применяют:
Шунт представляет собой толстую константановую или манганиновую пластину. Применение этих материалов для изготовления шунтов и добавочных сопротивлений объясняется тем, что сопротивление этих металлов в незначительной степени зависит от температуры.
Если амперметром, рассчитанным на измерение сравнительно небольшой силы тока, требуется измерить значительно большую величину, то шунт rш. последовательно включается в электрическую цепь, а параллельно шунту включается амперметр.
Пример: Определить сопротивление шунта к амперметру на 5А с внутренним сопротивлением 0,006 Ом, необходимого для измерения тока 20 А
На токи до 100А шунты помещаются внутри прибора (внутренние шунты). На большие токи шунты делают наружными и присоединяются к амперметрам проводами. Шунт должен иметь четыре контакта:
к двум из них подключается прибор, а к двум другим – соединительные провода электрической цепи. Такое подсоединение исключает зависимость показаний прибора от переходных сопротивлений контактов. После подключения шунта на шкале прибора ставится множитель. В примере - ( х 4).
Если вольтметром, рассчитанным на измерение небольших напряжений, требуется измерить большую величину, последовательно с вольтметром включают добавочный резистор rд. Добавочные резисторы изготавливают из манганиновой проволоки. Используются точные малогабаритные проволочные и непроволочные резисторы.
Пример: Вольтметром на 25В необходимо измерить напряжение 150В. Определить величину добавочного сопротивления, если внутреннее сопротивление вольтметра 1000 Ом.
Приборы электродинамической системы
Электродинамические механизмы основаны на принципе взаимодействия двух проводников, по которым проходят токи. Измерительный механизм состоит из неподвижной 1 и подвижной 2 катушек, обтекаемых токами. Ток в подвижную катушку 2 подводится через спиральные пружины 3, которые служат для создания противодействующего момента.
Достоинства: высокая точность; пригодность для постоянного и переменного токов.
Применение: чаще всего применяются в качестве ваттметров.
Ваттметр – прибор для измерения мощности
Недостатки: зависимость показаний от внешних магнитных полей, большое потребление энергии, неравномерность шкалы при измерениях тока и напряжения, дорогие.
.
Измерение мощности
В цепях постоянного и однофазного переменного тока используются ваттметры электродинамической системы. Эти ваттметры имеют равномерную шкалу.
Неподвижная (амперметровая) катушка ваттметра включается в цепь последовательно,
подвижная (вольтметровая) катушка параллельно потребителю через добавочное сопротивление. Добавочное сопротивление уменьшает величину тока в параллельной цепи прибора.
В соответствии с этим на лицевой панели прибора установлены 4 зажима:
На условном обозначении ваттметра катушки изображаются двумя прямыми линиями, пересекающими круг:
Катушка токовая – горизонтальная толстая линия
Измерение мощности четырехпроводной трехфазной цепи
В цепях трехфазного тока измерения производятся тремя ваттметрами, соединенными по специальной схеме, обеспечивающей измерение каждым ваттметром мощности той фазы, в которую он включен. Такое измерение используется при несимметричной нагрузке в фазах. Целесообразнее пользоваться трехэлементным ваттметром, состоящим из трех неподвижных и трех подвижных катушек, воздействующих на общую ось с указательной стрелкой. Мощность 3-х фазной цепи отсчитывается непосредственно по шкале прибора.
В трехфазной симметричной цепи достаточно измерить мощность одной из фаз однофазным ваттметром. При этом:
Измерение мощности трехпроводной трехфазной цепи
Целесообразнее измерять двухэлементным ваттметром.
Прибор имеет две подвижные и две неподвижные катушки, укрепленные на одной оси со стрелкой. Две токовые катушки включаются в любые два произвольно выбранных провода 3-х фазной цепи (на рисунке фазы А и С). Каждый генераторный зажим U присоединяется к проводу, в который включена соответствующая ему катушка I. Не генераторный зажим параллельной цепи ваттметра присоединяется к проводу, в котором нет токовой катушки (на рисунке в фазе В).
При отсутствии двухэлементного
ваттметра, используют два
однофазных ваттметра, включенных
по этой же схеме. При этом:
Приборы индукционной системы
Эта система характеризуется применением нескольких неподвижных катушек, питаемых переменным током и создающих вращающееся (или бегущее) магнитное поле, которое индуктирует токи в подвижной части прибора и вызывает её движение.
Индукционные приборы применяются только при переменном токе в качестве счетчиков электрической энергии, служащих для подсчета:
Существенным отличием их измерительного механизма от механизма стрелочных приборов является то, что в счетчиках подвижная часть вращается. Скорость ее вращения пропорциональна мощности контролируемой нагрузки.
В индукционных счетчиках переменные магнитные потоки двух неподвижных магнитов 1 и 2 пронизывают установленный на осях алюминиевый диск 3. Потоки, сдвинутые по фазе друг относительно друга, индуктируют в диске вихревые токи, взаимодействие которых с потоками электромагнитов создает вращающий момент, под влиянием которого диск приходит в движение.
Счетчик является двигателем переменного тока, в котором два переменных потока создают вращающееся магнитное поле.
Электромагнит 1 имеет обмотку из большого числа витков тонкой проволоки. Она включается как вольтметр под напряжение U, приложенное к зажимам нагрузки.
Обмотка второго электромагнита 2 имеет относительно малое число витков толстой проволоки, разделенную на две части. Она включается в цепь как амперметр – последовательно с контролируемой нагрузкой, и поток второго электромагнита пропорционален току I нагрузки.
Благодаря этому, поток электромагнита 1 пропорционален напряжению, а электромагнита 2 – току.
Чтобы число оборотов счетчика соотносилось с количеством энергии, прошедшей через его механизм, необходимо противопоставить вращающему моменту тормозящий момент, пропорциональный скорости вращения подвижной части – диска счетчика. Этот момент создается путем воздействия на диск постоянного магнита 4.
В установках трехфазного тока применяются счетчики трехфазного тока, представляющие собой два или три движущихся элемента индукционных счетчиков, воздействующих через общую ось на общий счетный механизм.
Измерение электрических сопротивлений.
Метод амперметра – вольтметра
Используется в цепях постоянного тока. Определяются значения тока и напряжения по приборам и производятся вычисления сопротивления по закону Ома:
Измерительный мост.
Широко применяется для измерения сопротивлений. Одинарный (четырехплечий мост) содержит четыре плеча и две диагонали.В одно плечо включается измеряемое сопротивление Rх , а три
остальных плеча образованы резисторами R2, R3, R4.
К точкам аb присоединяется источник постоянного напряжения, а к точкам cd – гальванометр (прибор, предназначенный для измерения слабых токов). Так как сопротивления трех плеч моста с резисторами R2, R3, R4 и напряжение питания неизменны, то показания гальванометра соответствуют измеряемому сопротивлению Rх. Поэтому на шкале гальванометра наносятся значения искомого сопротивления.
Омметр
Омметр представляет собой магнитоэлектрический измерительный прибор ИП с внутренним Rвн и добавочным Rд сопротивлениями. Последовательно с омметром включается измеряемое сопротивление Rх.
Омметры удобны на практике и широко применяются для различных ориентировочных измерений сопротивлений, так как имеют большую погрешность (класс точности 2,5) из – за неравномерности шкалы и нестабильности источника питания и не пригодны для ответственных испытаний изоляции.
Измерение сопротивления изоляции частично обеспечивает безаварийную работу любой электрической установки. Сопротивление изоляции существенно зависит от напряжения. С повышением напряжения сопротивление изоляции уменьшается. Чтобы измерить сопротивление изоляции при высоких напряжениях
широко применяются омметры со встроенным
магнитоэлектрическим генератором постоянного
или выпрямленного переменного тока с ручным приводом.
Напряжение генератора зависит от скорости вращения, которую
вручную невозможно выдержать постоянной. Поэтому омметры
снабжаются в качестве измерительного механизма
магнитоэлектрическим логометром, благодаря чему
изменения напряжения не сказываются на показаниях прибора.
Для логометров характерно отсутствие механического
противодействующего момента из – за отсутствия пружин.
Подвижная часть прибора состоит из двух катушечных рамок, установленных на общей оси и жестко скрепленных между собой под некоторым углом.
Ток в подвижные катушки подводится через три мягкие серебряные спирали, не создающие механического момента. При отсутствии токов в катушках система находится в состоянии равновесия. Подвижные катушки присоединены к общему источнику постоянного напряжения, а их цепи замыкаются через сопротивления – R смонтировано внутри прибора, а Rх - измеряемое сопротивление вне прибора. Токи, проходящие по катушкам, создают два противодействующих друг другу момента, которые устанавливают стрелку прибора в определенное положение, соответствующее измеряемому сопротивлению.
Исправная работа любой электротехнической установки в большой мере зависит от состояния изоляции как между проводами, так и между токопроводящими частями и землей. Эта изоляция относительно легко подвергается изменению и поэтому сопротивление изоляции необходимо периодически измерять.
Согласно правилам устройства электроустановок (ПУЭ):
Для измерения сопротивления сети, не находящейся под рабочим напряжением, один зажим мегомметра, помеченный буквой Л, присоединяют к испытуемому проводу, а второй зажим, помеченный буквой З, соединяют с землей. Вращая рукоятку прибора, отсчитывают на шкале значение измеряемого сопротивления. Присоединив зажим Л ко второму проводу, аналогично определяют сопротивление изоляции второго провода относительно земли. Для измерения сопротивления изоляции между двумя проводами к ним присоединяют два зажима мегометра Л и З.
Мультиметр
Мультиметр – универсальный измерительный прибор. Является цифровым электронным прибором, показания которого определяются протекающим через него электрическим током.
Цифровые мультиметры используются для измерения постоянного и переменного напряжений, токов, значений сопротивлений резисторов, частоты электрических колебаний.
PAGE 4
Электрические измерения и приборы