Электроизмерительные приборы

Всего получено оценок: 157.

Всего получено оценок: 157.

Электричество в современном мире играет огромную роль. Поэтому вопрос о параметрах используемого электрического тока нередко возникает не только у специалистов-энергетиков, но и у обычных людей, и даже у школьников, готовящих доклады. Рассмотрим кратко, как устроены электроизмерительные приборы, позволяющие ответить на этот вопрос.

Электроизмерительные приборы: принцип действия.

Электроизмерительные приборы — это специальные устройства, позволяющие получать значения некоторых параметров электрического тока. Любой электроизмеритель включается в исследуемую цепь (постоянно или с помощью щупов) и отображает на индикаторе значение параметра, для которого он предназначен.

Рис. 1. Подключение тестера к электрической цепи.

Принцип действия электроизмерительных приборов основан на том, что исследуемая цепь влияет на подключенный прибор, причем это влияние пропорционально исследуемому параметру. А прибор отображает результат этого влияния в форме, удобной для считывания оператором.

В зависимости от того, какое влияние оказывает цепь на измеритель, различные приборы классифицируются по следующим видам:

В подавляющем большинстве случаев электроизмерительные приборы работают от проходящего через них тока. Приборы остальных принципов менее удобны. В самом деле, для накопления заряда или появления заметного электрического поля в измерительной цепи должны существовать высокие напряжения порядка киловольт. А для существования заметного магнитного поля или выделения заметного количества тепла необходимо наличие высоких токов порядка десятков ампер и выше. При прохождении же тока через измеритель можно обеспечить чувствительность, достаточную для очень малых токов, при этом стоимость прибора будет не сильно высокой.

Если требуется определение напряжения, то используется закон Ома, известный в 11 классе. Подключая прибор к измеряемому напряжению через фиксированное сопротивление, можно получить значение напряжения. Точно так же можно измерить и другие параметры электрического тока: частоту, фазу, нелинейные искажения и другие.

Приборы магнитоэлектрической системы

Электроизмерительные приборы, основанные на прохождении тока, имеют много вариантов, которые называются «системами». Наиболее широко распространены приборы магнитоэлектрической системы. В таких приборах рамка с током помещается в магнитное поле постоянного магнита и удерживается в начальном положении пружинами. Если по рамке идет ток, то в результате возникающей силы Ампера рамка поворачивается до тех пор, пока возникшая сила не будет уравновешена силой пружины. С рамкой связана стрелка, и по углу поворота можно судить о проходящем через прибор токе.

Форма постоянного магнита сделана такой, чтобы магнитное поле, в котором поворачивается рамка, было бы почти однородным. Это позволяет добиться высокой линейности прибора.

Рис. 2. Магнитоэлектрическая система приборов.

Прочие системы электроизмерительных приборов

Электроизмерительные приборы других видов и систем используются значительно реже, когда необходимы особенности этих приборов.

Например, нередко при измерении высоких напряжений слабой мощности недопустимо нагружать исследуемую цепь даже малым током. В этом случае используются системы электростатической системы, которые основаны на накоплении заряда: после заряда эти приборы не потребляют ток и не нагружают измеряемую цепь.

Особенности электроизмерительных приборов различных систем можно свести в таблицу:

Рис. 3. Таблица систем электроизмерительных приборов.

Что мы узнали?

Электроизмерительные приборы предназначены для получения значений одного или нескольких параметров электрического тока. Существует несколько систем электроизмерительных приборов, различающихся по принципу действия. Наиболее часто используются приборы магнитоэлектрической системы как наиболее точные и относительно простые.

Источник

Электрические измерительные приборы:

В зависимости от физических закономерностей, лежащих в основе действия измерительного механизма, различают электроизмерительные приборы магнитоэлектрической, электромагнитной, электродинамической и электростатической систем.

Действие электрических измерительных приборов магнитоэлектрической системы основано на магнитном действии электрического тока. Основной частью этих приборов является гальванометр, в котором сила Ампера действует на катушку проволоки, намотанной на железный каркас, по которой проходит ток. Как видно из рисунка 200, катушка (обычно прямоугольной формы), содержащая N витков проволоки, размещена в поле

Силы упругости, возникающие при закручивании пружины, препятствуют повороту рамки. Они прямо пропорциональны углу закручивания пружины. Катушка с прикрепленной к ней стрелкой поворачивается до тех пор, пока вращающий момент, создаваемый пружиной, не скомпенсирует вращающий момент, создаваемый магнитными силами.

Отклонение стрелки гальванометра пропорционально силе тока, проходящего через катушку. Это дает возможность на шкале прибора нанести значения силы тока, соответствующие различным углам поворота рамки, т. е. проградуировать прибор. Сила тока, соответствующая отклонению стрелки гальванометра на всю шкалу, характеризует чувствительность прибора. Согласно закону Ома для участка цепи сила тока прямо пропорциональна напряжению, поэтому шкала прибора может быть проградуирована и в единицах напряжения. Таким образом, измерительные приборы, применяемые в цепях постоянного тока, представляют собой гальванометры, включенные по схеме амперметров или вольтметров.

Вследствие малого сопротивления катушки гальванометра (R

10 Ом) им можно измерить максимальную силу тока и максимальное напряжение Для использования гальванометра в качестве амперметра параллельно катушке подключается шунт, сопротивление которого значительно меньше сопротивления катушки. А для использования гальванометра в качестве вольтметра последовательно с ним присоединяют добавочное сопротивление, сопротивление которого значительно больше сопротивления катушки.

На основе магнитоэлектрического измерительного механизма выпускается большое количество разнообразных амперметров и вольтметров постоянного и переменного тока (в цепях переменного тока к гальванометру, кроме шунта или добавочного сопротивления, подключают диод).

Действие приборов электромагнитной системы основано на явлении втягивания железного сердечника в катушку с током (рис. 201). Они обладают меньшей чувствительностью по сравнению с приборами
других систем.

В приборах электромагнитной системы измеряемый ток пропускается по неподвижной катушке, а поворот подвижной системы вызывается втягиванием в эту катушку стального сердечника, связанного с подвижной системой. Обмотка катушки амперметра состоит из нескольких витков или нескольких десятков витков. В вольтметре обмотка катушки имеет несколько тысяч витков и добавочное сопротивление.

Приборы этой системы применяются в основном в качестве щитовых амперметров и вольтметров для измерений в цепях переменного тока промышленной частоты.

Приборы электромагнитной системы можно использовать для измерений в цепях как постоянного, так и переменного тока.

Действие приборов электродинамической системы основано на взаимодействии проводников с током (рис. 202).

В отличие от приборов магнитоэлектрической системы в приборах электродинамической системы нет постоянного магнита. Внутри неподвижной катушки расположена подвижная катушка. Поворот подвижной части происходит в результате притяжения или отталкивания двух катушек, когда по ним проходит ток. В амперметре и вольтметре катушки включены последовательно, и по ним проходит одинаковый ток. В данном случае возникающий вращающий момент пропорционален квадрату силы тока.
Приборы электродинамической системы могут применяться для измерения мощности, т. е. служить ваттметрами. Для этого неподвижную катушку включают в цепь последовательно с потребителем, а подвижную через дополнительный резистор включают параллельно с ним. Вращающий момент, действующий на подвижную катушку, пропорционален произведению сил токов в обеих катушках. Сила тока в первой катушке равна силе тока в рабочей цепи, а сила тока во второй пропорциональна напряжению на рабочем участке цепи. Их произведение пропорционально мощности.

Действие приборов электростатической системы основано на электростатическом взаимодействии разноименно заряженных проводников, один из которых является подвижным АВ (рис. 203).

Такие приборы позволяют измерять только напряжение.
Основная область применения приборов электростатической системы — измерение больших напряжений в цепях переменного и постоянного тока. Верхний предел измерений — до 100 кВ, диапазон частот — до 20 МГц.

Иногда действие измерительного механизма электроизмерительных приборов основано на тепловом действии тока. Главной частью измерительного механизма в этом случае является тонкая платиноиридиевая проволока АВ, натянутая между двумя зажимами (рис. 204).

При прохождении по ней тока проволока нагревается и становится длиннее. Удлинение проволоки вызывает вращение блока с укрепленной на той же оси стрелкой. Таким образом, каждому значению силы тока соответствует определенный угол поворота стрелки.

Следует отметить, что любой электроизмерительный прибор должен иметь такое устройство, чтобы его включение в цепь заметно не изменяло ни тока, ни напряжения в цепи, иначе измерить истинные значения этих величин будет невозможно.

В настоящее время широко применяются цифровые амперметры и вольтметры.
Условные обозначения электроизмерительных приборов и их назначения при-
ведены в таблице 5.

Таблица 5
Условные обозначения электроизмерительных приборов

При копировании любых материалов с сайта evkova.org обязательна активная ссылка на сайт www.evkova.org

Сайт создан коллективом преподавателей на некоммерческой основе для дополнительного образования молодежи

Сайт пишется, поддерживается и управляется коллективом преподавателей

Whatsapp и логотип whatsapp являются товарными знаками корпорации WhatsApp LLC.

Cайт носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, которая определяется положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Анна Евкова не оказывает никаких услуг.

Источник

§ 95. Назначение и типы электроизмерительных приборов

Назначение.

Электроизмерительные приборы служат для контроля режима работы электрических установок, их испытания и учета расходуемой электрической энергии. В зависимости от назначения электроизмерительные приборы подразделяют на амперметры (измерители тока), вольтметры (измерители напряжения), ваттметры (измерители мощности), омметры (измерители сопротивления), частотомеры (измерители частоты переменного тока), счетчики электрической энергии и др.

Различают две категории электроизмерительных приборов: рабочие — для контроля режима работы электрических установок в производственных условиях и образцовые — для градуировки и периодической проверки рабочих приборов. На железнодорожном транспорте электрические измерения получили широкое распространение при эксплуатации и ремонте э. п. с, тепловозов и устройств энергоснабжения железных дорог.

Типы приборов.

В зависимости от способа отсчета электроизмерительные приборы разделяют на приборы непосредственной оценки и приборы сравнения.

Приборами непосредственной оценки, или показывающими, называются такие, которые позволяют производить отсчет измеряемой величины непосредственно на шкале. К ним относятся амперметры, вольтметры, ваттметры и др.

Основной частью каждого такого прибора является измерительный механизм. При воздействии измеряемой электрической величины (тока, напряжения, мощности и др.) на измерительный механизм прибора подается соответствующий сигнал на отсчетное устройство, по которому определяют значение измеряемой величины.

По конструкции отсчетного устройства показывающие приборы делятся на приборы с механическим указателем (стрелочные), со световым указателем (зеркальные), с пишущим устройством (самопишущие) и электронные приборы со стрелочным или цифровым указателем отсчета. В стрелочных приборах измерительный механизм поворачивает стрелку на некоторый угол, который определяет значение измеряемой величины (шкала прибора проградуирована в соответствующих единицах: амперах, вольтах, ваттах и пр.).

В электроизмерительных приборах сравнения измерения осуществляются путем сравнения измеряемой величины с какой-либо образцовой мерой или эталоном. К ним относятся различные мосты для измерения сопротивлении и компенсационные измерительные устройства (потенциометры). Последние измеряют разность между измеряемым напряжением или э. д. с. и компенсирующим образцовым напряжением (э. д. с). В качестве сравнивающего прибора обычно используют гальванометр.

Действие электроизмерительных приборов непосредственной оценки основано на различных проявлениях электрического тока (магнитном, тепловом, электродинамическом и пр.), используя которые можно при помощи различных измерительных механизмов вызвать перемещение стрелки.

В зависимости от принципа действия, положенного в основу устройства измерительного механизма, электроизмерительные приборы относятся к различным системам: магнитоэлектрической, электромагнитной, электродинамической, тепловой, индукционной и др. Приборы каждой из этих систем имеют свои условные обозначения.

Приборы могут выполняться с противодействующей возвратной пружиной и без пружины. В последнем случае они называются логометрами.

Каждый электроизмерительный прибор имеет некоторую погрешность, которая определяется трением в его осях, технологическими допусками отдельных его деталей, гистерезисом в магнитной системе и т. д.

Для оценки точности измерений используют понятие относительная погрешность δx%. Она представляет собой отношение абсолютной погрешности Δx, которая имеет место при измерениях (разность между измеренной величиной x_из и ее действительным значением х_д), к действительному значению измеряемой величины в процентах:

δx% = (x_из— х_д)/х_д * 100 (91)

Эта погрешность различна при разных значениях измеряемой величины, т. е. для различных делений шкалы прибора. Поэтому точность электроизмерительных приборов оценивают по основной приведенной погрешности _ϒx, которая равна отношению наибольшей абсолютной погрешности Δx_max для данного прибора к наибольшему (номинальному) значению х_ном той величины (тока, напряжения, мощности и пр.), которую может измерять прибор:

Основной приведенной погрешностью считается погрешность прибора при нормальных условиях его работы. При отклонении от этих условий возникают дополнительные погрешности: температурная (от изменения окружающей температуры), от влияния внешних магнитных полей, от изменения частоты переменного тока и пр.

Магнитоэлектрический прибор с подвижной рамкой

Магнитоэлектрический прибор с подвижным магнитом

Электродинамический прибор

Электромагнитный прибор

Ферродинамический прибор

Источник

Классификация электроизмерительных приборов, условные обозначения на шкалах приборов

Для контроля за правильностью работы электротехнических установок, испытания их, определения параметров электрических цепей, учета расходуемой электрической энергии и т. д. производят различные электрические измерения. В технике связи, как и в технике сильных токов, электрические измерения имеют важное значение. Приборы, с помощью которых измеряются различные электрические величины: ток, напряжение, сопротивление, мощность и т. д., — называются электрическими измерительными приборами.

Существуют большое количество различных электроизмерительных приборов. Наиболее часто при производстве электрических измерений используются: амперметры, вольтметры, гальванометры, ваттметры, электросчетчики, фазометры, фазоуказатели, синхроноскопы, частотомеры, омметры, мегомметры, измерители сопротивления заземления, измерители емкости и индуктивности, осциллографы, измерительные мосты, комбинированные приборы и измерительные комплекты.

Классификация электроизмерительных приборов по принципу действия

По принципу действия электроизмерительные приборы подразделяются на следующие основные типы:

По типу отсчетного устройства различают аналоговые и цифровые приборы. В аналоговых приборах измеряемая или пропорциональная ей величина непосредственно воздействует на положение подвижной части, на которой расположено отсчетное устройство. В цифровых приборах подвижная часть отсутствует, а измеряемая или пропорциональная ей величина преобразуется в числовой эквивалент, регистрируемый цифровым индикатором.

Индукционный счетчик электроэнергии:

Отклонение подвижной части у большинства электроизмерительных механизмов зависит от значений токов в их катушках. Но в тех случаях, когда механизм должен служить для измерения величины, не являющейся прямой функцией тока (сопротивления, индуктивности, емкости, сдвига фаз, частоты и т. д.), необходимо сделать результирующий вращающий момент зависящим от измеряемой величины и не зависящим от напряжения источника питания.

Условные обозначения на вольтметре:

На рисунках ниже приведены условные обозначения электроизмерительных приборов по принципу их действия.

Обозначение принципа действия прибора

Обозначения рода тока

Обозначения класса точности, положения прибора, прочности изоляции, влияющих величин

Классификация электроизмерительных приборов по роду измеримой величины

Электроизмерительные приборы классифицируются и по роду измеряемой ими величины, так как приборы одного и того же принципа действия, но предназначенные для измерения разных величин могут значительно отличаться друг от друга по своей конструкции, не говоря уже о шкале прибора.

В таблице 1 приведен перечень условных обозначений наиболее употребительных электроизмерительных приборов.

Таблица 1. Примеры обозначения единиц измерения, их кратных и дольных значений

Классификация электроизмерительных приборов по степени точности

Абсолютной погрешностью прибора называют разность между показанием прибора и истинным значением измеряемой величины.

Например, абсолютная погрешность амперметра равна

Если I > I э, то абсолютная погрешность прибора положительна, а при I э, она отрицательна.

Поправкой прибора называют величину, которую надо прибавить к показаниям прибора, чтобы получить истинное значение измеряемой величины.

Приведенной погрешностью прибора называется отношение абсолютной погрешности к наибольшему возможному отклонению показателя прибора (номинальному показанию прибора).

Например, для амперметра

Точность прибора характеризуется величиной его максимальной приведенной погрешности. Согласно ГОСТ 8.401-80 приборы по степени их точности разделяются на 9 классов: 0,02, 0,05, 0,1, 0,2, 0,5, 1,0, 1,5, 2,5 и 4,0. Если, например, данный прибор имеет класс точности 1,5, то это значит, что его максимальная приведенная погрешность равна 1,5%.

Электроизмерительные приборы, имеющие классы точности 0,02, 0,05, 0,1 и 0,2, как наиболее точные, применяются там, где требуется весьма большая точность измерения. Если прибор имеет приведенную погрешность выше 4%, то он считается внеклассным.

Прибор для измерения угла сдвига фаз с классом точности 2,5:

Чувствительность и постоянная измерительного прибора

Чувствительностью прибора называют отношение углового или линейного перемещения указателя прибора, приходящееся на единицу измеряемой величины. Если шкала прибора равномерна, то чувствительность его по всей шкале одинакова.

Например, чувствительность амперметра, имеющего равномерную шкалу, определяется формулой

Если шкала прибора неравномерна, то чувствительность прибора в различных областях шкалы различна, так как одному и тому же приращению (например, тока) будут соответствовать разные приращения углового или линейного перемещения показателя прибора.

Величина, обратная чувствительности прибора, называется постоянной прибора. Следовательно, постоянная прибора — это цена деления прибора, или, иначе, величина, на которую должен быть помножен отсчет по шкале в делениях, чтобы получить измеряемую величину.

Например, если постоянная прибора равна 10 мА/дел (десять миллиампер на деление), то при отклонении его указателя на α = 10 делений измеряемая величина тока равна I = 10 · 10 = 100 мА.

Калибровка измерительных приборов — определение погрешностей или поправок для совокупности значений шкалы прибора путем сравнения в различных сочетаниях отдельных значений шкалы друг с другом. За основу сравнения берется одно из значений шкалы. Калибровка широко применяется в практике точной метрологической работы.

Простейший способ калибровкой — сравнение каждого размера с номинально равным ему (принимаемым за достаточно верный) размером. Это понятие не следует смешивать (как это часто делают) с градуированием (градуировкой) измерительных приборов, представляющим собой метрологическую операцию, при помощи которой делениям шкалы измерительного прибора придаются значения, выраженные в установленных единицах измерения.

Мощность потерь энергии в приборах

Электроизмерительные приборы потребляют при работе энергию, которая в них преобразуется обычно в тепловую энергию. Мощность потерь зависит от режима в цепи, а также от системы и конструкции прибора.

Если измеряемая мощность относительно мала, а следовательно, относительно малы ток или напряжение в цепи, то мощность потерь энергии в самих приборах может заметно влиять на режим исследуемой цепи и показания приборов могут иметь довольно большую погрешность. При точных измерениях в цепях, где развиваемые мощности сравнительно малы, необходимо знать мощность потерь энергии в приборах.

В табл. 2 приведены средние величины мощности потерь энергии в различных системах электроизмерительных приборов.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник