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
Занятие 16
1.5. Электрические измерения (10)
Цель: Дать знания о классификации измерительных приборов и системе их обозначения, об устройстве, принципе действия и назначении электроизмерительных приборов, областях их использования.
Научить производит измерения тока, напряжения, мощности, сопротивления.
Тема: Электроизмерительные приборы: назначение и роль в развитии науки и техники, классификация, условное обозначение
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Сведения об измерениях. Измерение применяется в той или иной степени во всех областях человеческой деятельности. Целью любого измерения является определение численного значения какой-либо физической величины. Примерами физических величин являются масса, время, электрический ток и др. Для сравнения измеряемых физических величин установлены специальные единицы (метр, секунда, ампер и т. д.). В СССР с 1963 г. применяется Международная система единиц (СИ).
Измерением называется процесс сравнения физической величины с ее единицей. Для выполнения измерений необходимы средства измерений, к которым относятся меры, измерительные приборы и измерительные преобразователи.
Меры — это средства измерений, предназначенные для воспроизведения физической величины заданного размера. Различают меры однозначные, воспроизводящие физическую величину одного размера (гиря, конденсатор постоянной емкости и др.), и многозначные — воспроизводящие ряд одноименных величин разного размера (линейка с делениями, конденсатор переменной емкости и др.). Кроме того, существует набор мер — специально подобранный комплект мер (набор гирь, магазин сопротивлений и др.).
Вольтметр не является источником напряжения, поэтому мерой, т. е. образцом напряжения, быть не может. В качестве меры постоянной ЭДС и напряжения используются специальные гальванические элементы. Вольтметр же является измерительным прибором.
Измерительные приборы — это технические средства, дающие возможность непосредственно отсчитывать (регистрировать) значения измеряемой величины. При помощи измерительных приборов (амперметров, вольтметров и др.) вырабатывается сигнал о значении измеряемой величины в виде большего или меньшего отклонения стрелки у стрелочных приборов, луча света — у приборов со световым отсчетом или изменения цифры — у цифровых приборов и т. д.
Нередко при измерениях используют измерительные преобразователи — технические средства, служащие для расширения возможностей применения приборов (шунты, делители напряжения, трансформаторы, усилители, датчики для измерения неэлектрических величин и др.).
В зависимости от роли, которую выполняют средства измерения (меры, измерительные приборы и преобразователи), их разделяют на две категории: 1) рабочие средства измерений — для использования в производственных и лабораторных условиях; 2) образцовые средства измерений — для градуировки и периодической проверки рабочих средств измерений.
По способу получения результата измерения разделяются на прямые и косвенные. Прямыми называют такие измерения, при которых измеряется непосредственно интересующая нас величина. Примерами являются измерение тока амперметром, сопротивления — омметром и т. д. Косвенными называют измерения, при которых искомая величина не измеряется непосредственно, а вычисляется по формулам на основании измерений вспомогательных величин. Например, измеряемое сопротивление находят по закону Ома: RX = U/I, для чего измеряют напряжение U и ток I.
Различают два метода измерения: метод непосредственной оценки и метод сравнения. При методе непосредственной оценки измеряемая величина непосредственно определяется по показанию измерительного прибора. При методе сравнения измеряемая величина определяется путем сравнения ее с мерой. Например, при помощи измерительного моста осуществляется сравнение измеряемого сопротивления с известным образцовым сопротивлением.
Метод непосредственной оценки получил широкое распространение на практике как более простой и удобный. Метод сравнения используется в основном в лабораторных условиях, где необходима высокая точность измерений.
Погрешности измерений. По ряду причин результаты измерения отличаются от истинных значений измеряемых величин (за истинное условно принимают расчетное значение или показание образцового прибора). Разность между измеренным с помощью прибора Аиз и истинны значением А называется абсолютной погрешностью измерения:
∆А= Аиз — А. (6.1)
Если показание образцового амперметра 10 А, а рабочего 9,8 А, то по формуле (6.1) ∆I = 9,8— 10= —0,2 А.,
По абсолютной погрешности трудно сравнивать точность отдельных измерений, поэтому введено понятие относительной погрешности измерения. Относительная погрешность равна выраженному в процентах отношению абсолютной погрешности к истинному значе^ нию величины:
δ А = ± (∆А /А) 100%. (6.2)
Для приведенного выше примера относительная- погрешность измерения тока
δI = (∆I /I/) 100 = (-0,2/10)100= -2 %.
Из формулы (6.2) ∆U = UδU/100 = 50• 2/100 = 1 В.
По формуле (6.1) U= Uиз— ∆U = 50 — 1 =49 В.
Погрешность измерения (наибольшая возможная) при прямых измерениях определяется по классу точности прибора. Цифра, указывающая класс точности, обозначает наибольшую допустимую приведенную погрешность, т. е. погрешность, выраженную в процентах по отношению к верхнему пределу измерения по шкале прибора Ав:
γпр =(∆А /Ав) 100%. (6.3)
Зная класс точности прибора, можно рассчитать наибольшую возможную погрешность отдельного измерения. Из формулы (6.3) δА = γпр Ав /100. Подставив это значение в формулу (6.2), получаем
δА= γпр Ав /А. (6.4)
Из формулы (6.4) следует, что для повышения точности измерения приборы следует подбирать так, чтобы измеряемое значение приходилось на вторую половину шкалы.
Сведения об электроизмерительных приборах. Электроизмерительные приборы классифицируются по следующим признакам:
1) по роду измеряемой величины — на измерители тока (амперметры), напряжения (вольтметры) и т. д.;
2) по роду тока — на приборы постоянного тока, переменного тока, комбинированные;
3) по принципу действия — на системы: магнитоэлектрическую, электромагнитную, электродинамическую, индукционную и т. д.;
4) по степени точности — на классы точности (0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4); 5) по способу выдачи информации — на показывающие и регистрирующие; 6) по характеру применения — на стационарные и переносные;
7) по условиям эксплуатации — на группы: А (в сухих отапливаемых помещениях), Б (в закрытых неотапливаемых помещениях), В (в полевых и морских условиях), Г (в условиях тропического климата);
8) по устойчивости к механическим воздействиям — на обыкновенные, тряскопрочные, вибропрочные, ударопрочные;
9) по защищенности кожухами — на пыленепроницаемые, водонепроницаемые, герметические.
На шкалах электроизмерительных приборов наносится ряд условных обозначений: тип прибора, единица измеряемой величины, класс точности, род тока и т.д.
Условные обозначения, указывающие принцип действия: измерительного механизма прибора
|
Тип прибора |
Условное обозначение |
|
Магнитоэлектрический с подвижной рамкой |
|
|
Магнитоэлектрический логометр с подвижной рамкой |
|
|
Магнитоэлектрический с подвижным магнитом |
|
|
Электромагнитный |
|
|
Электромагнитный логометр |
|
|
Электродинамический |
|
|
Электродинамический логометр |
|
|
Ферродинамический |
|
|
Ферродинамический логометр |
|
|
Индукционный |
|
|
Электростатический |
|
|
Вибрационный (язычковый) |
|
|
Термоэлектрический |
|
|
Термоэлектрический с магнитоэлектрическим измерительным механизмом |
|
|
Выпрямительный с магнитоэлектрическим измерительным механизмом |
Условные обозначения, указывающие род тока для которого предназначен прибор
|
Род тока |
Условное обозначение |
|
Постоянный |
|
|
Переменный (однофазная система) |
|
|
Постоянный и переменный |
|
|
Трехфазная система (общее обозначение) |
|
|
Трехфазная система (при несимметричной нагрузке) |
СУЩНОСТЬ И ЗНАЧЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ
Для измерения электрических и магнитных величин служат электроизмерительные приборы: амперметры, вольтметры, гальванометры и др., а также их комбинации.
Процесс измерения состоит в сравнении измеряемой физической величины с ее значением, принятым за единицу.
Измерение одной величины можно заменить измерением другой, с ней связанной. Как правило, всякое измерение, в конечном счете сводят к измерению перемещения стрелки или светового пятна на шкале.
Измерительная аппаратура разделяется на измерительные приборы и эталоны.
Измерительные приборы обладают высокой точностью и надежностью работы, возможностью автоматизации процесса измерений и передачи показаний на дальние расстояния, простотой ввода результатов измерений в электрические вычислительные устройства и т. д. Поэтому они широко используются в системах ручного или автоматического контроля и поддержания на заданном уровне параметров промышленных установок и технологических процессов.
С помощью измерительных устройств контролируются качество и количество выпускаемой продукции, соответствие ее характеристик установленным нормам. Разработаны и применяются электрические измерители влажности, температуры, давления и т. д.
Первостепенную роль электрические измерения играют в научных исследованиях. Установки, используемые в ядерной физике, наземные и бортовые измерительные комплексы для запуска и контроля параметров космических кораблей, сложные эксперименты с живой материей в медицине и биологии неосуществимы без совершенной электроизмерительной техники.
Устройство электроизмерительных приборов
Согласно ГОСТу, электроизмерительные приборы должны удовлетворять следующим требованиям:
- погрешность прибора не, должна превышать его класс точности и изменяться в процессе эксплуатации;
- на показания прибора не должны влиять внешние поля и изменения температуры;
- шкала или ее рабочая часть должна, быть по возможности равномерной и проградуирована в практических единицах;
- прибор должен иметь хорошую успокоительную систему, чтобы колебания стрелки прибора быстро прекращались;
- прибор должен быть стойким к перегрузкам и иметь хорошую изоляцию.
Подвижная часть измерительного механизма прибора всегда располагается вертикально или горизонтально и укрепляется или на оси, или на тяжках, или на подвесе. В приборах, часть которых закреплена на оси, важную роль играют опорные подпятники, в которые для уменьшения трения впрессовывают либо опорные (обычно агат, корунд), либо бронзу (в приборах сов 1,5; 2,5 и 4,0).
Ось прибора обычно изготавливают из стали-серебрянки, немагнитной или нержавеющей стали, Наконечник оси конический. В некоторых конструкциях в торцовую часта оси запрессовывают керн из специальных твердых сплавов.
Противодействующий момент в большинстве приборов создается упругой спиральной пружиной. Пружину изготавливают из немагнитных сплавов, например бронзы. Одним концом она крепится к оси подвижной части прибора, а другим — к одной из деталей корпуса. Пружина создает момент, направленный противоположно вращающему моменту, под действием которого поворачивается ось подвижной части.
Для установки стрелки на нулевую отметку шкалы при отключенном состоянии прибора и используется корректор — специальный цилиндрик, повороте которого происходит закручивание ослабление спиральной пружины а следовательно перемещение стрелки. В большинстве приборов стрелка при выводе из равновесия подвижной части измерительного механизма должна достигать установившегося положения не более чем через 4с. Для этого устанавливают успокоители, чаще всего магнитоиндукционного или воздушного типа. Магнитоиндукционные успокоители представляют собой группу неподвижных цилиндрических магнитов. На оси подвижной части прибора закрепляют алюминиевую пластинку. При повороте оси пластинка пересекает магнитный поток и в ней индуцируется ЭДС, пропорциональная угловой скорости вращения оси. Из-за этого в пластинке возникает ток, который взаимодействует с магнитным потоком, вследствие чего возникает момент, всегда направленный противоположно направлению вращения оси. Воздушный успокоитель представляет собой цилиндр, запаянный с одного конца. Внутри цилиндра находится поршень, жестко связанный с подвижной частью прибора. Зазор между поршнем и цилиндром невелик, и при быстрых перемещениях поршня давление внутри цилиндра не успевает выровняться с атмосферным. Это препятствует движению поршня, и колебания подвижной системы быстро затухают.
Для того чтобы центр тяжести подвижной части прибора совпадал с осью вращения, на специальных держателях, жестко связанных со стрелкой и осью, устанавливают противовесы — грузики с внутренней нарезкой. Изменение положения центра тяжести подвижной системы производится перемещением противовесов по нарезной части держателей.
И, наконец, основные технические и эксплуатационные характеристики прибора указывают, как обычно, условными знаками на лицевой стороне прибора. Если их невозможно разместить на шкале, они выносятся на табличку, устанавливаемую на крышке прибора иди на боковых поверхностях корпуса.
127
Гяаеаб. Электрические измерения и приборы 145
Гпаеэ б. Электрические измерения и приборы