Погрешности и измерение электрических величин. Измерение электрических величин: единицы и средства, методы измерения Методы электрических измерений можно разделить на методы

05.05.2024

Потребности науки и техники включают в себя проведение множества измерений, средства и методы которых постоянно развиваются и совершенствуются. Важнейшая роль в этой области принадлежит измерениям электрических величин, находящим широчайшее применение в самых различных отраслях.

Понятие об измерениях

Измерение любой физической величины производится путем сравнения ее с некоторой величиной того же рода явлений, принятой в качестве единицы измерения. Результат, полученный при сравнении, представляется в численном виде в соответствующих единицах.

Эта операция осуществляется с помощью специальных средств измерения - технических приспособлений, взаимодействующих с объектом, те или иные параметры которого требуется измерить. При этом используются определенные методы - приемы, посредством которых проводится сравнение измеряемой величины с единицей измерения.

Существует несколько признаков, служащих основой для классификации измерений электрических величин по видам:

Количество актов измерения. Здесь существенна их однократность или многократность.
Степень точности. Различают технические, контрольно-поверочные, максимально точные измерения, а также равноточные и неравноточные.
Характер изменения измеряемой величины во времени. Согласно этому критерию измерения бывают статические и динамические. Путем динамических измерений получают мгновенные значения величин, меняющихся во времени, а статических - некоторые постоянные значения.
Представление результата. Измерения электрических величин могут быть выражены в относительной или в абсолютной форме.
Способ получения искомого результата. По данному признаку измерения делятся на прямые (в них результат получается непосредственно) и косвенные, при которых прямо измеряются величины, связанные с искомой величиной какой-либо функциональной зависимостью. В последнем случае искомая физическая величина вычисляется по полученным результатам. Так, измерение силы тока с помощью амперметра - это пример прямого измерения, а мощности - косвенного.

Средства измерения

Приспособления, предназначенные для измерения, должны обладать нормированными характеристиками, а также сохранять на протяжении определенного времени либо воспроизводить единицу той величины, для измерения которой они предназначены.

Средства измерения электрических величин подразделяются на несколько категорий в зависимости от назначения:

Меры. Данные средства служат для воспроизведения величины некоторого заданного размера - как, например, резистор, воспроизводящий с известной погрешностью определенное сопротивление.
формирующие сигнал в форме, удобной для хранения, преобразования, передачи. Для непосредственного восприятия информация такого рода недоступна.
Электроизмерительные приборы. Эти средства предназначены для представления информации в доступной наблюдателю форме. Они могут быть переносными или стационарными, аналоговыми или цифровыми, регистрирующими или сигнализирующими.
Электроизмерительные установки представляют собой комплексы вышеперечисленных средств и дополнительных устройств, сосредоточенные в одном месте. Установки позволяют проводить более сложные измерения (например, магнитных характеристик или удельного сопротивления), служат как поверочные или эталонные устройства.
Электроизмерительные системы тоже являются совокупностью различных средств. Однако, в отличие от установок, приборы для измерения электрических величин и прочие средства в составе системы рассредоточены. С помощью систем можно измерять несколько величин, хранить, обрабатывать и передавать сигналы измерительной информации.

При необходимости решения какой-либо конкретной сложной измерительной задачи формируют измерительно-вычислительные комплексы, объединяющие ряд устройств и электронно-вычислительную аппаратуру.

Характеристики измерительных средств

Устройства измерительной аппаратуры обладают определенными свойствами, важными для выполнения их непосредственных функций. К ним относятся:

такие как чувствительность и ее порог, диапазон измерения электрической величины, погрешность прибора, цена деления, быстродействие и др.
Динамические характеристики, например амплитудные (зависимость амплитуды выходного сигнала прибора от амплитуды на входе) или фазовые (зависимость фазового сдвига от частоты сигнала).
Эксплуатационные характеристики, отражающие меру соответствия прибора требованиям эксплуатации в определенных условиях. К ним относятся такие свойства, как достоверность показаний, надежность (работоспособность, долговечность и безотказность аппарата), ремонтопригодность, электрическая безопасность, экономичность.

Совокупность характеристик аппаратуры устанавливается соответствующими нормативно-техническими документами для каждого типа устройств.

Применяемые методы

Измерение электрических величин производится посредством различных методов, которые также можно классифицировать по следующим критериям:

Род физических явлений, на основе которого измерение проводится (электрические или магнитные явления).
Характер взаимодействия измерительного средства с объектом. В зависимости от него различают контактные и бесконтактные методы измерения электрических величин.
Режим проведения измерения. В соответствии с ним измерения бывают динамическими и статическими.
Разработаны как методы непосредственной оценки, когда искомая величина прямо определяется прибором (к примеру, амперметром), так и более точные методы (нулевые, дифференциальные, противопоставления, замещения), в которых она выявляется путем сравнения с известной величиной. В качестве приборов сравнения служат компенсаторы и электроизмерительные мосты постоянного и переменного тока.

Электроизмерительные приборы: виды и особенности

Измерение основных электрических величин требует большого разнообразия приборов. В зависимости от физического принципа, положенного в основу их работы, все они делятся на следующие группы:

Электромеханические приборы обязательно имеют в конструкции подвижную часть. К этой большой группе измерительных средств относятся электродинамические, ферродинамические, магнитоэлектрические, электромагнитные, электростатические, индукционные приборы. Например, магнитоэлектрический принцип, применяющийся очень широко, может быть положен в основу таких устройств, как вольтметры, амперметры, омметры, гальванометры. На индукционном принципе основаны счетчики электроэнергии, частотомеры и т. д.
Электронные приборы отличаются наличием дополнительных блоков: преобразователей физических величин, усилителей, преобразователей и пр. Как правило, в приборах этого типа измеряемая величина преобразуется в напряжение, и конструктивной основой их служит вольтметр. Электронные измерительные приборы применяются в качестве частотомеров, измерителей емкости, сопротивления, индуктивности, осциллографов.
Термоэлектрические приборы сочетают в своей конструкции измерительное устройство магнитоэлектрического типа и термопреобразователь, образуемый термопарой и нагревателем, через который протекает измеряемый ток. Приборы этого типа используются в основном при измерениях высокочастотных токов.
Электрохимические. Принцип их работы базируется на процессах, которые протекают на электродах либо в исследуемой среде в межэлектродном пространстве. Применяются приборы этого типа для измерения электропроводности, количества электричества и некоторых неэлектрических величин.

По функциональным особенностям различают следующие виды приборов для измерения электрических величин:

Показывающие (сигнализирующие) - это устройства, позволяющие производить только непосредственное считывание измерительной информации, такие как ваттметры или амперметры.
Регистрирующие - приборы, допускающие возможность регистрации показаний, например, электронные осциллографы.

По типу сигнала приборы делятся на аналоговые и цифровые. Если устройство вырабатывает сигнал, представляющий собой непрерывную функцию измеряемой величины, оно является аналоговым, например, вольтметр, показания которого выдаются при помощи шкалы со стрелкой. В том случае, если в устройстве автоматически вырабатывается сигнал в виде потока дискретных значений, поступающий на дисплей в численной форме, говорят о цифровом измерительном средстве.

Цифровые приборы имеют некоторые недостатки по сравнению с аналоговыми: меньшая надежность, потребность в источнике питания, более высокая стоимость. Однако их отличают и существенные преимущества, в целом делающие применение цифровых устройств более предпочтительным: удобство эксплуатации, высокая точность и помехоустойчивость, возможность универсализации, сочетания с ЭВМ и дистанционной передачи сигнала без потери точности.

Погрешности и точность приборов

Важнейшая характеристика электроизмерительного прибора - класс электрических величин, как и любых других, не может производиться без учета погрешностей технического устройства, а также дополнительных факторов (коэффициентов), влияющих на точность измерения. Предельные значения приведенных погрешностей, допускаемые для данного типа прибора, называются нормированными и выражаются в процентах. Они и определяют класс точности конкретного прибора.

Стандартные классы, которыми принято маркировать шкалы измерительных устройств, следующие: 4,0; 2,5; 1,5; 1,0; 0,5; 0,2; 0,1; 0,05. В соответствии с ними установлено разделение по назначению: приборы, принадлежащие к классам от 0,05 до 0,2, относятся к образцовым, классами 0,5 и 1,0 обладают лабораторные приборы, и, наконец, устройства классов 1,5-4,0 являются техническими.

При выборе измерительного прибора необходимо, чтобы он соответствовал по классу решаемой задаче, при этом верхний предел измерения должен быть как можно ближе к численному значению искомой величины. То есть чем большего отклонения стрелки прибора удается достичь, тем меньше будет относительная погрешность проводимого измерения. Если в распоряжении имеются только приборы низкого класса, выбирать следует такой, который обладает наименьшим рабочим диапазоном. Используя данные способы, измерения электрических величин можно провести достаточно точно. При этом также нужно учитывать тип шкалы прибора (равномерная или неравномерная, как, например, шкалы омметров).

Основные электрические величины и единицы их измерения

Чаще всего электрические измерения связаны со следующим набором величин:

Сила тока (или просто ток) I. Данной величиной обозначается количество электрического заряда, проходящего через сечение проводника за 1 секунду. Измерение величины электрического тока проводится в амперах (A) при помощи амперметров, авометров (тестеров, так называемых «цешек»), цифровых мультиметров, измерительных трансформаторов.
Количество электричества (заряд) q. Эта величина определяет, в какой мере то или иное физическое тело может являться источником электромагнитного поля. Электрический заряд измеряется в кулонах (Кл). 1 Кл (ампер-секунда) = 1 А ∙ 1 с. Приборами для измерения служат электрометры либо электронные зарядометры (кулон-метры).
Напряжение U. Выражает разность потенциалов (энергии зарядов), существующую между двумя различными точками электрического поля. Для данной электрической величины единицей измерения служит вольт (В). Если для того, чтобы из одной точки переместить в другую заряд в 1 кулон, поле совершает работу в 1 джоуль (то есть затрачивается соответствующая энергия), то разность потенциалов - напряжение - между этими точками составляет 1 вольт: 1 В = 1 Дж/1 Кл. Измерение величины электрического напряжения производится посредством вольтметров, цифровых либо аналоговых (тестеры) мультиметров.
Сопротивление R. Характеризует способность проводника препятствовать прохождению через него электрического тока. Единица сопротивления - ом. 1 Ом - это сопротивление проводника, имеющего напряжение на концах в 1 вольт, к току величиной в 1 ампер: 1 Ом = 1 В/1 А. Сопротивление прямо пропорционально сечению и длине проводника. Для измерения его используются омметры, авометры, мультиметры.
Электропроводность (проводимость) G - величина, обратная сопротивлению. Измеряется в сименсах (См): 1 См = 1 Ом -1 .
Емкость C - это мера способности проводника накапливать заряд, также одна из основных электрических величин. Единицей измерения ее служит фарад (Ф). Для конденсатора эта величина определяется как взаимная емкость обкладок и равна отношению накопленного заряда к разности потенциалов на обкладках. Емкость плоского конденсатора растет с увеличением площади обкладок и с уменьшением расстояния между ними. Если при заряде в 1 кулон на обкладках создается напряжение величиной 1 вольт, то емкость такого конденсатора будет равна 1 фараду: 1 Ф = 1 Кл/1 В. Измерение производят при помощи специальных приборов - измерителей емкости или цифровых мультиметров.
Мощность P - величина, отражающая скорость, с которой осуществляется передача (преобразование) электрической энергии. В качестве системной единицы мощности принят ватт (Вт; 1 Вт = 1Дж/с). Эта величина также может быть выражена через произведение напряжения и силы тока: 1 Вт = 1 В ∙ 1 А. Для цепей переменного тока различают активную (потребляемую) мощность P a , реактивную P ra (не принимает участия в работе тока) и полную мощность P. При измерениях для них используют следующие единицы: ватт, вар (расшифровывается как «вольт-ампер реактивный») и, соответственно, вольт-ампер В∙А. Размерность их одинакова, и служат они для различения указанных величин. Приборы для измерения мощности - аналоговые или цифровые ваттметры. Косвенные измерения (например, с помощью амперметра) применимы далеко не всегда. Для определения такой важной величины, как коэффициент мощности (выражается через угол фазового сдвига) применяют приборы, называемые фазометрами.
Частота f. Это характеристика переменного тока, показывающая количество циклов изменения его величины и направления (в общем случае) за период в 1 секунду. За единицу частоты принята обратная секунда, или герц (Гц): 1 Гц = 1 с -1 . Измеряют данную величину посредством обширного класса приборов, называемых частотомерами.

Магнитные величины

Магнетизм теснейшим образом связан с электричеством, поскольку и то, и другое представляют собой проявления единого фундаментального физического процесса - электромагнетизма. Поэтому столь же тесная связь свойственна методам и средствам измерения электрических и магнитных величин. Но есть и нюансы. Как правило, при определении последних практически проводится электрическое измерение. Магнитную величину получают косвенным путем из функционального соотношения, связывающего ее с электрической.

Эталонными величинами в данной области измерений служат магнитная индукция, напряженность поля и магнитный поток. Они могут быть преобразованы с помощью измерительной катушки прибора в ЭДС, которая и измеряется, после чего производится вычисление искомых величин.

Магнитный поток измеряют посредством таких приборов, как веберметры (фотогальванические, магнитоэлектрические, аналоговые электронные и цифровые) и высокочувствительные баллистические гальванометры.
Индукция и напряженность магнитного поля измеряются при помощи тесламетров, оснащенных преобразователями различного типа.

Измерение электрических и магнитных величин, состоящих в непосредственной взаимосвязи, позволяет решать многие научные и технические задачи, например, исследование атомного ядра и магнитного поля Солнца, Земли и планет, изучение магнитных свойств различных материалов, контроль качества и прочие.

Неэлектрические величины

Удобство электрических методов дает возможность успешно распространять их и на измерения всевозможных физических величин неэлектрического характера, таких как температура, размеры (линейные и угловые), деформация и многие другие, а также исследовать химические процессы и состав веществ.

Приборы для электрического измерения неэлектрических величин обычно представляют собой комплекс из датчика - преобразователя в какой-либо параметр цепи (напряжение, сопротивление) и электроизмерительного устройства. Существует множество типов преобразователей, благодаря которым можно измерять самые разные величины. Вот лишь несколько их примеров:

Реостатные датчики. В таких преобразователях при воздействии измеряемой величины (например, при изменении уровня жидкости или же ее объема) перемещается движок реостата, изменяя тем самым сопротивление.
Терморезисторы. Сопротивление датчика в аппаратах этого типа изменяется под воздействием температуры. Применяются для измерения скорости газового потока, температуры, для определения состава газовых смесей.
Тензосопротивления позволяют проводить измерения деформации проволоки.
Фотодатчики, преобразующие изменение освещенности, температуры либо перемещение в измеряемый затем фототок.
Емкостные преобразователи, используемые как датчики химического состава воздуха, перемещения, влажности, давления.
работают по принципу возникновения ЭДС в некоторых кристаллических материалах при механическом воздействии на них.
Индукционные датчики основаны на преобразовании таких величин, как скорость или ускорение, в индуктированную ЭДС.

Развитие электроизмерительных средств и методов

Большое многообразие средств измерения электрических величин обусловлено множеством различных явлений, в которых эти параметры играют существенную роль. Электрические процессы и явления имеют чрезвычайно широкий диапазон использования во всех отраслях - нельзя указать такую область человеческой деятельности, где они не находили бы применения. Этим и определяется все более расширяющийся круг задач электрических измерений физических величин. Непрерывно растет разнообразие и совершенствование средств и методов решения этих задач. Особенно быстро и успешно развивается такое направление измерительной техники, как измерение неэлектрических величин электрическими методами.

Современная электроизмерительная техника развивается в направлении повышения точности, помехоустойчивости и быстродействия, а также все большей автоматизации измерительного процесса и обработки его результатов. Средства измерений прошли путь от простейших электромеханических приспособлений до электронных и цифровых приборов, и далее до новейших измерительно-вычислительных комплексов с использованием микропроцессорной техники. При этом повышение роли программной составляющей измерительных устройств является, очевидно, основной тенденцией развития.

Приборы выпрямительной системы?

Приборы выпрямительной системы представляют собой сочетание магнитоэлектрического измерительного прибора и одного или нескольких полупроводниковых выпрямителей (детекторов), соединенных вместе в одну схему.

На рис. 221 даны схемы соединения выпрямителей с магнитоэлектрическим прибором.

На рис. 221, а представлена схема двухполупериодного выпрямления, а на рис. 221, б - мостовая выпрямительная схема из четырех элементов. Приборы этой системы применяются для измерения небольших величин переменного тока и напряжения (начиная от десятых долей миллиампера и десятых долей вольта), а также для измерения в целях повышенной частоты (50-2000 гц).

Применяются главным образом универсальные приборы: многопредельные вольтамперметры постоянного и переменного тока. Точность приборов этой детекторной системы невелика: они изготовляются обычно в классе 2 5

На рис. 222 даны условные обозначения, указанные на шкалах электроизмерительных приборов.

Рис. 222. Условные обозначения, указанные на шкалах электроизмерительных приборов

Приборы термоэлектрической системы?

Принцип действия приборов термоэлектрической системы основан на использовании электродвижущей силы, возникающей в цепи, состоящей из разнородных проводников, если место соединения этих проводников имеет температуру, отличную от температуры остальной части цепи.

На фиг. 337 дана схема прибора термоэлектрической системы.

Измеряемый ток проходит по металлической нити 1, к которой припаяны или приварены два разнородных проводника 2, например железо н кон-стантан. Свободные концы проводников 2 присоединены к металлическим колодкам 3, хорошо отводящим тепло. К колодкам подключается магнитоэлектрический измерительный прибор 4.

Когда по нити 1 проходит ток, сама нить и место опая ее с проводниками 2 (точка 5) нагреваются. Точка 5 пред-

ставляет собой горячий спай термопары. Металлические колодки 3 являются холодными спаями термопары. Вследствие разности температур в замкнутом контуре возникает термо-э. д. с, которая создает в этой цепи ток. Направление термотока будет всегда одно и то же, независимо от направления измеряемого гока.

Количество тепла, выделенного в горячем спае термопары, согласно закону Джоуля - Ленца, пропорционально квадрату тока. Поэтому шкала применяемого в этой системе магнитоэлектрического прибора неравномерна. Для получения равномерной шкалы магнитное поле магнитоэлектрического прибора делают неоднородным. Термо-э. д. с. одной термопары не превышает 15 мв, что требует установки весьма чувствительного магнитоэлектрического прибора. Чтобы увеличить величину термо-э. д. с, соединяют несколько термопар последовательно в термобатарею.

Чувствительные термоэлектрические приборы изготовляются с термопарой, помещенной в вакуум.

Приборы термоэлектрической системы чувствительны к перегрузкам: даже при кратковременной перегрузке на 10% нагревательная нить может перегореть. Точность приборов довольно высока, что дает возможность строить их в классах 0,5 и 1. Приборы термоэлектрической системы получили наибольшее применение для измерения малых значений переменных токов в цепях повышенной и высокой частоты.

Кодоимпульсные вольтметры

мперметра МЭ системы с одной или несколькими термопарами (термопреобразователями).

Протекание измеряемого тока Ixчерез нагреватель (нихромовая или константановая проволока) приводит к его разогреву. К нагревателю подсоединен контакт термопары (золото – палладий, платина - платинородий, хромель - капель и пр.).Под действием тепла в термопаре возникает термоток , который и отклоняет указатель прибора. В установившемся режиме вследствие тепловой инерции температура нагревателя постоянна и определяется рассеиваемой на нем мощностью.

14. Вольтметры с времяимпульсным преобразованием

В основе действия вольтметров с время импульсным преобразованием лежит преобразование в АЦП измеряемого напряжения в пропорциональном интервале времени, который заполняет счетные импульсы с известной стабильной частотой следования. В результате преобразования дискретный сигнал измерительной информации имеет пачки импульсов, число которых пропорционально измеряемого напряжения.

15. Техника измерения напряжения и тока в различных цепях. Расширение пределов измерения

Для измерения силы тока в электрических цепях служат амперметры, миллиамперметры и микроамперметры различных систем. Их включают в цепь последовательно, и через прибор проходит весь ток, протекающий в цепи.

При различных электрических измерениях весьма важно, чтобы измерительный прибор как можно меньше изменял электрический режим цепи, в которую его включают. По этой причине амперметр должен обладать незначительным сопротивлением по сравнению с сопротивлением цепи. Пусть в электрическую цепь включен источник электрической энергии, напряжение которого U = 10 в. Сопротивление потребителя rп=20 ом. В этой цепи, согласно закону Ома, ток.

16) Ц20 советский ампервольтомметр мультиметр, один из самых недорогих и популярных в стране приборов этого класса, предназначенный в основном для радиолюбителей. Выпускался с 1958 г. по крайней мере до начала 1980-х гг. без существенных изменений. Прибор Ц20 предназначен для измерения:

сопротивлений до 500 кОм;

напряжения постоянного тока до 600 В;

напряжения переменного тока (50 Гц) до 600 В;

силы постоянного тока до 750 мА.

В качестве индикатора используется стрелочный микроамперметр с током полного отклонения стрелки 85 мкА. Основная погрешность прибора не превосходит ±4 % при измерении тока и напряжения и ±2,5 % при измерении сопротивления.

Питание омметра - два элемента ФБС-0,25 (332); на пределе 5-500 кОм дополнительно подключается одна батарея КБС (3336) или 3 элемента БАС-80. Для измерения напряжения и тока источник питания не требуется.

Размеры прибора - 105×195×72 мм, масса - 1,3 кг (ранние выпуски - 118×208×75 мм, 1,6 кг).

Пределы измерения:

постоянного тока: 0,3 / 3 / 30 / 300 / 750 мА;

постоянного напряжения: 0,6 / 1,5 / 6 / 30 / 120 / 600 В (в ранних вариантах отсутствовал предел 0,6 В);

переменного напряжения (50 Гц): 0,6-3 / 1,5-7,5 / 6-30 / 30-150 / 120-600 В (в ранних вариантах отсутствовал предел 0,6-3 В);

сопротивления на постоянном токе: 0,005-0,5 / 0,05-5 / 0,5-50 / 5-500 кОм.

Входное сопротивление на постоянном токе 10 кОм/В, на переменном токе 2 кОм/В. Падение напряжения при измерении тока 0,6 В на всех диапазонах. Время установления показаний не более 4 секунд.

Выпускался в пылезащищённом исполнении, рабочая температура от +10 до +35 °C, влажность до 80 % (при 30° C).

На передней панели прибора в верхней части находится стрелочный индикатор с тремя шкалами; ниже размещены переменный резистор для установки нуля при измерении сопротивления (слева) и трёхпозиционный переключатель (справа) для выбора типа измерения: постоянного напряжения или тока; сопротивления; переменного напряжения. Ниже расположены три вертикальных ряда гнезд для выбора пределов измерения путём переключения щупа: слева для измерения постоянного и переменного напряжения; по центру для измерения сопротивления; справа для измерения постоянного тока. Под средним рядом находится гнездо для общего щупа, помеченный знаком «−».

Мультиметр комбинированный электроизмерительный прибор, объединяющий в себе несколько функций.

В минимальном наборе включает функции вольтметра, амперметра и омметра. Иногда выполняется мультиметр в виде токоизмерительных клещей. Существуют цифровые и аналоговые мультиметры.

Мультиметр может быть как лёгким переносным устройством, используемым для базовых измерений и поиска неисправностей, так и сложным стационарным прибором со множеством возможностей.

Наиболее простые цифровые мультиметры имеют портативное исполнение. Их разрядность 2,5 цифровых разряда (точность обычно около 10 %). Наиболее распространены приборы с разрядностью 3,5 (точность обычно около 1,0 %). Выпускаются также чуть более дорогие приборы с разрядностью 4,5 (точность обычно около 0,1 %) и существенно более дорогие приборы с разрядностью 5 разрядов и выше

17) Для измерения мощности в цепях постоянного и однофазного переменного тока применяют приборы, называемые ваттметрами, для которых используют электродинамические и ферродинамические измерительные механизмы.

Электродинамические ваттметры выпускают в виде переносных приборов высоких классов точности (0,1 - 0,5) и используют для точных измерений мощности постоянного и переменного тока на промышленной и повышенной частоте (до 5000 Гц). Ферродинамические ваттметры чаще всего встречаются в виде щитовых приборов относительно низкого класса точности (1,5 -2,5).

Применяют такие ваттметры главным образом на переменном токе промышленной частоты. На постоянном токе они имеют значительную погрешность, обусловленную гистерезисом сердечников.

Для измерения мощности на высоких частотах применяют термоэлектрические и электронные ваттметры, представляющие собой магнитоэлектрический измерительный механизм, снабженный преобразователем активной мощности в постоянный ток. В преобразователе мощности осуществляется операция умножения ui = р и получение сигнала на выходе, зависящего от произведения ui, т. е. от мощности.

18) Мощность в цепи трехфазного тока может быть измерена с помощью одного, двух и трех ваттметров. Метод одного прибора применяют в трехфазной симметричной системе. Активная мощность всей системы равна утроенной мощности потребления по одной из фаз.

При соединении нагрузки звездой с доступной нулевой точкой или если при соединении нагрузки треугольником имеется возможность включить обмотку ваттметра последовательно с нагрузкой, можно использовать схемы включения, показанные на рис. 1.

Рис. 1 Схемы измерения мощности трехфазного переменного тока при соединении нагрузок а - по схеме звезды с доступной нулевой точкой; б - по схеме треугольника с помощью одного ваттметра

Если нагрузка соединена звездой с недоступной нулевой точкой или треугольником, то можно применить схему с искусственной нулевой точкой (рис. 2). В этом случае сопротивления должны быть равны Rвт+ Rа = Rb =Rc.

Рис 2. Схема измерения мощности трехфазного переменного тока одним ваттметром с искусственной нулевой точкой

Для измерения реактивной мощности токовые концы ваттметра включают в рассечку любой фазы, а концы обмотки напряжения - на две другие фазы (рис. 3). Полная реактивная мощность определяется умножением показания ваттметра на корень из трех. (Даже при незначительной асимметрии фаз применение данного метода дает значительную погрешность).

Рис. 3. Схема измерения реактивной мощности трехфазного переменного тока одним ваттметром

Методом двух приборов можно пользоваться при симметричной и несимметричной нагрузке фаз. Три равноценных варианта включения ваттметров для измерения активной мощности показаны на рис. 4. Активная мощность определяется как сумма показаний ваттметров.

При измерении реактивной мощности можно применять схему рис. 5, а с искусственной нулевой точкой. Для создания нулевой точки необходимо выполнить условие равенства сопротивлений обмоток напряжений ваттметров и резистора R. Реактивная мощность вычисляется по формуле

где Р1 и Р2 - показания ваттметров.

По этой же формуле можно вычислить реактивную мощность при равномерной загрузке фаз и соединении ваттметров по схеме рис. 4. Достоинство этого способа в том, что по одной и той же схеме можно определить активную и реактивную мощности. При равномерной загрузке фаз реактивная мощность может быть измерена по схеме рис. 5, б.

Метод трех приборов применяется при любой нагрузке фаз. Активная мощность может быть замерена по схеме рис. 6. Мощность всей цепи определяется суммированием показаний всех ваттметров.

Рис. 4. Схемы измерения активной мощности трехфазного переменного тока двумя ваттметрами а - токовые обмотки включены в фазы А и С; б - в фазы А и В; в - в фазы В и С

Реактивная мощность для трех- и четырех-проводной сети измеряется по схеме рис. 7 и вычисляется по формуле

где РA, РB, РC - показания ваттметров, включенных в фазы А, В, С.

Рис. 5. Схемы измерения реактивной мощности трехфазного переменного тока двумя ваттметрами

Рис. 6. Схемы измерения активной мощности трехфазного переменного тока тремя ваттметрами а - при наличии нулевого провода; б - с искусственной нулевой точкой

На практике обычно применяют одно-, двух- и трехэлементные трехфазные ваттметры соответственно методу измерения.

Чтобы расширить предел измерения, можно применить все указанные схемы при подключении ваттметров через измерительные трансформаторы тока и напряжения. На рис. 8 в качестве примера показана схема измерения мощности по методу двух приборов при включении их через измерительные трансформаторы тока и напряжения.

Рис. 7. Схемы измерения реактивной мощности тремя ваттметрами

Рис. 8. Схемы включения ваттметров через измерительные трансформаторы.

19) Счётчик электрической энергии ‒ это электроизмерительный прибор для учёта электроэнергии, получаемой потребителем от сети за определённый промежуток времени. По характеру выполняемого измерения счетчики электроэнергии (СЭ) относятся к интегрирующим измерительным приборам. Основное отличие индукционного СЭ от показывающих приборов индукционной системы со стрелочным или световым указателем состоит в том, что его подвижная часть в виде алюминиевого диска 6 не связана пружиной и может свободно вращаться, причём каждому её обороту соответствует определённое значение измеряемой величины.

Индукционный счетчик имеет два электромагнита. Электромагнит 1 снабжен токовой катушкой с малым числом витком и проводом относительно большого сечения, а электромагнит 2 выполнен в виде магнитопровода с многовитковой катушки напряжения. Токовая катушка включена в измерительную цепь последовательно, а катушка напряжения – параллельно. Протекающие по катушкам токи создают в электромагнитах переменные магнитные потоки Фuот протекающего тока в катушке напряжения и ФI – от тока в токовой катушке. В результате взаимодействия потока Фuс вихревыми токами, индуктируемыми в диске потоком ФI, возникает вращающий момент, пропорциональный мощности Р, потребляемая активной нагрузкой. Электронный счетчик электроэнергии

В последнее время получили распространение однофазные и трехфазные электронные счетчики учета активной, реактивной и полной электроэнергии. Их основными достоинствами являются высокая точность, возможность телеметрической передачи показаний счетчика, учет электроэнергии по двухставочному тарифу (день/ночь). Принцип действия счетчика заключается в непрерывном преобразовании текущих мгновенных значений синусоидальных тока i и напряжения u с помощьюаналого-цифрового преобразователя(АЦП) через малые интервалы времени, задаваемые процессором, в числовые эквиваленты, последующем вычислении процессором активной мощности и электроэнергии и фиксации результатов вычислений в регистрирующем устройстве с помощью электровакуумных, жидкокристаллических или других индикаторов.

Электронный счетчик не содержит подвижных частей, а программирование процессора позволяет эффективно использовать его для телеметрической передачи данных в автоматизированных системах коммерческого учета электроэнергии (АСКУЭ), для анализа суточных графиков нагрузки,многотарифного расчета за электроэнергию и т. п.

Электронный счетчик применим и для измерений энергии в цепях постоянного тока при наличии датчиков постоянного тока и напряжения и соответствующем программировании процессора.

20) В цепях переменного тока для измерения активной энергии в основном используются однофазные и трехфазные счетчики индукционной системы. Для измерения активной энергии в однофазных и трехфазных цепях однофазные счетчики включают по схемам, аналогичным схемам включения ваттметров.

В трехпроводных трехфазных цепях для измерения активной энергии применяют двухэлементныеобъединяющие измерительные системы двух однофазных счетчиков.

Для измерения активной энергии в четырехпроводных цепях трехфазного тока применяюттрехэлементные счетчики.

Реактивную энергию WРкак при симметричной, так и при несимметричной нагрузке в трехфазной цепи измеряют трехфазными индукционными счетчиками реактивной энергии.

· Индукционный счетчик электрической энергии

21. Измерение активных сопротивлений методом Амперметра-Вольтметра,

Метод амперметра-вольтметра. Основан на измерении тока, протекающего через измеряемое сопротивление и падения напряжения на нем. Применяют две схемы измерения: измерение больших сопротивлений (рис. 1.9,а) и измерение малых сопротивлений (рис. 1.9,б). По результатам измерения тока и напряжения определяют искомое сопротивление.
Для схемы рис. 1.9,а искомое сопротивление и относительная методическая погрешность измерения определяются

где Rx - измеряемое сопротивление; Rа - сопротивление амперметра.
Для схемы рис. 1.9,6 искомое сопротивление и относительная методическая погрешность измерения определяются

где Rв -сопротивление вольтметра.
Из определения относительных методических погрешностей следует, что измерение по схеме рис. 1.9,а обеспечивает меньшую погрешность при измерении больших сопротивлений, а измерение по схеме рис. 1.9,6 - при измерении малых сопротивлений.
Погрешность измерения по данному методу рассчитывается по выражению

где γв, γa, - классы точности вольтметра и амперметра;
Uп, I п пределы измерения вольтметра и амперметра.
Используемые при измерении приборы должны иметь класс точности не более 0,2. Вольтметр подключают непосредственно к измеряемому сопротивлению. Ток при измерении должен быть таким, чтобы показания отсчитывались по второй половине шкалы. В соответствии с этим выбирается и шунт, применяемый для возможности измерения тока прибором класса 0,2. Во избежании нагрева сопротивления и, соответственно, снижения точности измерений, ток в схеме измерения не должен превышать 20% номинального.

22. Измерение активных сопротивлений с помощью логометра и омметром.

Измерение сопротивлений омметрами

Омметр
- измерительный прибор, предназначенный для измерения сопротивлений. Электронный омметр аналогового типа выполняют по схеме инвертирующего усилителя на ОУ, охваченного отрицательной ОС с помощью измеряемого сопротивления Rx
(рис. 14.3, а) Напряжение на выходе усилителя омметра определяется как

Uвых = – URХ / R1. (14.5)

Рис. 14.3. Схемы омметров для измерения сопротивлений:
а - малых; б - больших

Поскольку выходное напряжение линейно связано с измеряемым сопротивлением Rx, то шкала прибора И может быть проградуирована непосредственно в единицах сопротивления. Шкала равномерна в широких пределах. Погрешности измерения электронных омметров 2...4%.

Измерение сопротивлений можно также осуществлять логометрами. На рисунке 2 приведена принципиальная схема логометра.

Схема логометра

Для этой схемы имеем:

Отклонение подвижной части логометра:

Таким образом, показание прибора не зависит от напряжения источника питания и определяется величиной измеряемого сопротивления Rx

В приборах для измерения особо больших активных сопротивлений (тераомметрах) сопротивленияRz
и R, надо поменять местами (рис. 14.3, б), при этом шкала измерительного прибора И получается обратной и напряжение

Uвых
= – UR1 / RХ (14.6)

Применение в одном приборе обоих вариантов схем позволяет создать измерители сопротивления с диапазоном измерения от единиц Ом до нескольких десятков МОм с погрешностью не более 10%. Измерители сопротивлений, построенные по приведенным схемам, используют для измерения сопротивлений и на переменном токе.

23. Электронные Омметры

Омме́тр (Ом + др.-греч. μετρεω «измеряю») - измерительный прибор непосредственного отсчёта для определения электрических активных (омических) сопротивлений. Обычно измерение производится по постоянному току, однако, в некоторых электронных омметрах возможно использование переменного тока. Разновидности омметров: мегаомметры, гигаомметры, тераомметры, миллиомметры, микроомметры, различающиеся диапазонами измеряемых сопротивлений.

Классификация[править | править вики-текст]

По исполнению омметры подразделяются на щитовые, лабораторные и переносные

По принципу действия омметры бывают магнитоэлектрические - с магнитоэлектрическим измерителем или магнитоэлектрическимлогометром (мегаомметры) и электронные - аналоговые или цифровые

Магнитоэлектрические омметры

Действие магнитоэлектрического омметра основано на измерении силы тока, протекающего через измеряемое сопротивление при постоянном напряжении источника питания, с помощью магнитоэлектрического микроамперметра. Для измерения сопротивлений от сотен ом до нескольких мегаом измеритель (микроамперметр с добавочным сопротивлением), источник постоянного напряжения и измеряемое сопротивление rx включают последовательно. В этом случае сила тока I в измерителе равна: I = U/(r0 + rx), где U - напряжение источника питания; r0 - сопротивление измерителя (сумма добавочного сопротивления и сопротивления рамки микроамперметра).

Согласно этой формуле, магнитоэлектрический омметр имеют нелинейную шкалу. Кроме того, она является обратной (нулевому значению сопротивления соответствует крайнее правое положение стрелки прибора). Перед началом измерения сопротивления необходимо выполнить установку нуля (скорректировать величину r0) специальным регулятором на передней панели при замкнутых входных клеммах прибора, для компенсации нестабильности напряжения источника питания.

Поскольку типичное значение тока полного отклонения магнитоэлектрических микроамперметров составляет 50..200 мкА, для измерения сопротивлений до нескольких мегаом достаточно напряжения питания, которое даёт встроенная батарейка. Более высокие пределы измерения (десятки - сотни мегаом) требуют использования внешнего источника постоянного напряжения порядка десятков - сотен вольт.

Для получения предела измерения в единицы килоом и сотни ом, необходимо уменьшить величину r0 и соответственно увеличить ток полного отклонения измерителя путём добавления шунта.

При малых значениях rx (до нескольких ом) применяется другая схема: измеритель и rx включают параллельно . При этом измеряется падение напряжения на измеряемом сопротивлении, которое, согласно закону Ома, прямо пропорционально сопротивлению, (при условии I=const).

ПРИМЕРЫ: М419, М372, М41070/1

24. Мостовые измерители активного сопротивления

Мостовые измерения - методы измерения параметров электрических цепей на постоянном токе (сопротивления пост, току) и на переменном токе (активного сопротивления, емкости, индуктивности, взаимной индуктивности, частоты, угла потерь, добротности и др.) посредством мостовых схем. Мостовые измерения широко распространены также для электрических измерений неэлектрических величин при помощи датчиков - промежуточных преобразователей измеряемой величины в функционально связанный с ней параметр электрической цепи.

Мостовые измерения осуществляются с помощью измерит, мостов (мостовых установок), относящихся к категории приборов сравнения. В общем случае они основаны на применении некоторой электрической цепи, состоящей из нескольких известных и одного неизвестного (измеряемого) сопротивлений, питаемой одним источником и снабженной указывающим прибором.

Изменением известных сопротивлений эта цепь регулируется до достижения определенного, отмечаемого указателем, распределения напряжений на отдельных участках цепи. Очевидно, что заданному соотношению напряжений соответствует также определенное соотношение сопротивлений цепи, по которому можно вычислить неизвестное сопротивление, если остальные сопротивления известны.

25.Резонансный метод измерения индуктивности и емкости.

сосредоточенных элементов электрических цепей

Резонансный метод основан на измерении параметров колебательного контура, составленного из рабочего (образцового) элемента и исследуемой цепи. В качестве образцового элемента обычно используют конденсатор переменной емкости с воздушным диэлектриком, обладающий высокой стабильностью, малыми потерями и низким температурным коэффициентом емкости (ТКЕ). Градуировка рабочего конденсатора делается с большой точностью: от этого зависит погрешность метода. Настраивая контур в резонанс и измеряя его добротность, можно по опытным данным рассчитать параметры исследуемой цепи.

Резонансный метод измерения параметров сосредоточенных элементов реализуется в измерителях добротности (куметрах). Упрощенная структурная схема прибора (рис. 2.1) содержит диапазонный генератор гармонических колебаний, колебательный контур, состоящий из рабочего конденсатора C0 и измеряемой цепи, а также электронный вольтметр, по показаниям которого фиксируют момент настройки в резонанс колебательного контура и определяют его добротность Q. В комплект прибора входит набор образцовых (рабочих) катушек индуктивности, используемых, в основном, при измерении емкости методом замещения. На каждой катушке указан диапазон частот, в пределах которого возможен резонанс для рабочего конденсатора данного куметра.

Рис. 2.1. Структурная схема измерителя добротности

Принцип измерения добротности с помощью куметра основан на известном свойстве последовательного колебательного контура - при резонансе амплитуда напряжения на емкости в Q раз превышает амплитуду напряжения на входе цепи. Измеряемый элемент подключают либо к клеммам “LХ “, последовательно с рабочим конденсатором куметра, либо к клеммам “CХ “ (в этом случае к клеммам “LХ“ должна быть подключена рабочая катушка индуктивности, соответствующая частоте измерения).

26.Измерение индуктивности, емкости, добротности и тангенса угла потерь мостовым методом. Для измерения параметров элементов цепей методом сравнения применяют мосты. Сравнение измеряемой величины (сопротивления, индуктивности, емкости) с образцовой мерой при помощи моста в процессе измерения осуществляют вручную или автоматически, на постоянном или переменном токе. Мостовые схемы обладают высокой чувствительностью, большой точностью, широким диапазоном измеряемых значений параметров элементов. На основе мостовых методов строят средства измерения, предназначенные как для измерения какой-либо одной величины, так и универсальные аналоговые и цифровые приборы.

Существует несколько разновидностей мостовых схем измерения элементов R, L, С: четырехплечие, уравновешенные, неуравновешенные и процентные. Управление этими мостами может осуществляться как вручную, так и автоматически.

Наибольшее распространение получили схемы четырехплечих уравновешенных мостов (рис. 14.4). Для установления равновесия электронный или цифровой нуль-индикатор НИ включают в диагональ уравновешенного моста (рис. 14.4, а). Сопротивления четырехплечего моста в общем случае имеют комплексный характер:

где Z1, Z2, Z3, Z4,- модули комплексных сопротивлений; φ1, φ2, φ3, φ4 - их соответствующие фазы.

Рис. 14.4. Структурные схемы четырехплечих мостов:

а - обобщенная; б - для измерения активных сопротивлений

Условия равновесия моста определяются равенствами:

(14.9)

Для выполнения этих равенств необходимо наличие в плечах моста элементов с регулируемыми параметрами. Для обеспечения условия равенства амплитуд (14.8) наиболее удобно применять образцовое (эталонное) регулируемое активное сопротивление. Условий равновесия фаз (14.9) может выполнить эталонный конденсатор емкостью Со
с малыми потерями.

27. Цифровые средства измерения параметров элементов электрических цепей. При построении цифровых средств измерения параметров элементов электрических цепей, чаще всего используют сочетание аналогового преобразователя, преобразующего определяемый параметр элемента в активную величину, и соответствующего цифрового прибора для измерения этой величины.

Одним из методов измерения сопротивления, индуктивности и емкости является метод прямого преобразования их значений в пропорциональный интервал времени и измерение этого интервала путем заполнения его счетными импульсами. Этот метод измерения называют методом дискретного счета.

При методе дискретного счета используются закономерности апериодического процесса, возникающего при подключении заряженного конденсатора или катушки индуктивности с протекающим в ней током к образцовому резистору. При измерении активного сопротивления применяют процесс разряда образцового конденсатора через измеряемый резистор.

Измеряемый интервал времени оказывается функционально связанным с преобразуемым параметром. Данные преобразователи отличаются высокой точностью, быстродействием, линейностью функции преобразования, удобным для преобразования в цифровой код видом выходного сигнала.

Если цепочку RС (или LR) использовать как интегрирующее звено и подключить к источнику постоянного напряжения Uвх, тогда выходное напряжение Uвых будет изменяться во времени согласно уравнения:

Uвых (t) = Uвх (1 - е–t/τ). (17.4)

В момент, когда текущее время t = τ, напряжение на выходе будет точно равно значению:

Uвых = Uвх (1 - е–1) = 0,632 Uвх. (17.5)

Из уравнения (17.5) следует, что необходимо зафиксировать момент переходного процесса, когда t = τ. Если использовать образцовый источник Uо = Uвх, схему сравнения (компаратор) с опорным напряжением, равным 0,632 Uо и один из образцовых элементов Rо, Со, и Lо, тогда достаточно измерить время t = τ и по известным соотношениям τ = RС; τ = L/ R, рассчитать один из параметров Rх, Сх, и Lх.

Погрешность измерений цифровым методом составляет 0,1...0,2 % и зависит от нестабильности сопротивлений образцовых элементов, нестабильности частоты генератора счетных импульсов, а также неточности срабатывания устройства сравнения.

28. Датчики и их основные параметры Параметрические датчики.

датчики, в которых контролируемая физическая величина преобразуется в изменение таких параметров, как активное сопротивление, индуктивность или емкость. Параметрические датчики относятся к пассивным элементам и требуют источника питания для выявления изменения входной величины.

Датчик - первичный преобразователь контролируемой или регулируемой величины в выходной сигнал, удобный для дистанционной передачи и дальнейшего использования.

Это элемент:

Измерительного,

Сигнального,

Регулирующего

Управляющего

устройств, преобразующий контролируемую величину (температуру, давление, частоту, силу света, электрическое напряжение, ток и т.д.) в сигнал, удобный для измерения, передачи, хранения, обработки, регистрации, а иногда и для воздействия им на управляемые процессы..

В состав датчика входят:

Воспринимающий (чувствительный)элемент;

Один или несколько промежуточных преобразователей.

Довольно часто датчик состоит только из одного воспринимающего органа (например: термопара, термометр сопротивления и т.д.)

1. Чувствительность датчика - изменение выходной величины в зависимости от изменения входной величины;

2. Погрешностью датчика - изменение выходного сигнала, возникающее в результате изменения внутренних свойств датчика или изменения внешних условий его работы.

3. Инерционность датчика - отставание изменений выходной величины от изменений входной величины.

Все эти показатели датчиков необходимо учитывать при выборе датчиков для автоматизации конкретной машины или технологического процесса.

А. В зависимости от вида входной (измеряемой) величины различают:

Датчики механических перемещений (линейных и угловых), - пневматические,

Электрические,

Расходомеры,

Датчики скорости,

Датчики ускорения,

Датчики усилия,

Датчики температуры,

Датчики давления и др.

P.S. В настоящее время существует приблизительно следующее распределение доли измерений различных физических величин в промышленности:

Температура – 50%,

Расход (массовый и объемный) – 15%,

Давление – 10%,

Уровень – 5%,

Количество (масса, объем) – 5%,

Время – 4%,

Электрические и магнитные величины – менее 4%.

29.Генераторные датчики; их виды принцип действия и область применения.

К группе генераторных датчиков можно отнести преобразователи различных видов энергии в электрическую. Наибольшее применение в качестве датчиков находят индукционные, термоэлектрические и пьезоэлектрические преобразователи.

Индукционные датчики.

Принцип действия индукционных датчиков основан на законе электромагнитной индукции, дающем возможность непосредственного преобразования входной: измеряемой Величины в ЭДС без источника дополнительной энергии. К этим датчикам относятся тахогенераторы постоянного и переменного тока, представляющие собой небольшие электромашинные генераторы, у которых выходное напряжение пропорционально угловой скорости вращения вала генератора. Тахогенераторы используются как датчики угловой скорости.

Тахогенераторы постоянного тока бывают двух типов: с возбуждением от постоянных магнитов и с электромагнитным возбуждением от независимого источника постоянного тока.

Так как индуктированна

Методы электрических измерений

В зависимости от общих приемов получения результата измерения делятся на следующие виды: прямые, косвенные и совместные.

К прямым измерениям относятся те, результат которых получается непосредственно из опытных данных. Прямое измерение условно можно выразить формулой Y = Х, где Y -- искомое значение измеряемой величины; X -- значение, непосредственно получаемое из опытных данных. К этому виду измерений относятся измерения различных физических величин при помощи приборов, градуированных в установленных единицах. Например, измерения силы тока амперметром, температуры -- термометром и т. д. К этому виду измерений относятся и измерения, при которых искомое значение величины определяется непосредственным сравнением ее с мерой. Применяемые средства и простота (или сложность) эксперимента при отнесении измерения к прямому не учитываются.

Косвенным называется такое измерение, при котором искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям. При косвенных измерениях числовое значение измеряемой величины определяется путем вычисления по формуле

Y = F (Xl, Х2 ... Хn),

где Y -- искомое значение измеряемой величины; Х1, Х2, Хn -- значения измеренных величин. В качестве примера косвенных измерений можно указать на измерение мощности в цепях постоянного тока амперметром и вольтметром.

Совместными измерениями называются такие, при которых искомые значения разноименных величин определяются путем решения системы уравнений, связывающих значения искомых величин с непосредственно измеренными величинами. В качестве примера совместных измерений можно привести определение коэффициентов в формуле, связывающей сопротивление резистора с его температурой:

Rt = R20 (1+б (T1-20)+в(T1-20)).

В зависимости от совокупности приемов использования принципов и средств измерений все методы делятся на метод непосредственной оценки и методы сравнения.

Сущность метода непосредственной оценки заключается в том, что о значении измеряемой величины судят по показанию одного (прямые измерения) или нескольких (косвенные измерения) приборов, заранее проградуированных в единицах измеряемой величины или в единицах других величин, от которых зависит измеряемая величина. Простейшим примером метода непосредственной оценки может служить измерение какой-либо величины одним прибором, шкала которого проградуирована в соответствующих единицах.

Вторая большая группа методов электрических измерений объединена под общим названием методов сравнения. К ним относятся все те методы электрических измерений, при которых измеряемая величина сравнивается с величиной, воспроизводимой мерой. Таким образом, отличительной чертой методов сравнения является непосредственное участие мер в процессе измерения.

Метод сравнения делится на следующие: нулевой, дифференциальный, замещения и совпадения.

Нулевой метод -- это метод сравнения измеряемой величины с мерой, при котором результирующий эффект воздействия величин на индикатор доводится до нуля. Таким образом, при достижении равновесия наблюдается исчезновение определенного явления, например тока в участке цепи или напряжения на нем, что может быть зафиксировано при помощи служащих для этой цели приборов -- нуль-индикаторов. Вследствие высокой чувствительности нуль-индикаторов, а также потому, что меры могут быть выполнены с большой точностью, получается и большая точность измерений.

Примером применения нулевого метода может быть измерение электрического сопротивления мостом с полным его уравновешиванием.

При дифференциальном методе, так же как и при нулевом, измеряемая величина сравнивается непосредственно или косвенно с мерой, а о значении измеряемой величины в результате сравнения судят по разности одновременно производимых этими величинами эффектов и по известной величине, воспроизводимой мерой. Таким образом, в дифференциальном методе происходит неполное уравновешивание измеряемой величины, и в этом заключается отличие дифференциального метода от нулевого.

Дифференциальный метод сочетает в себе часть признаков метода непосредственной оценки и часть признаков нулевого метода. Он может дать весьма точный результат измерения, если только измеряемая величина и мера мало отличаются друг от друга. Например, если разность этих двух величин равна 1 % и измеряется с погрешностью до 1 %, то тем самым погрешность измерения искомой величины уменьшается до 0,01%, если не учитывать погрешности меры.

Примером применения дифференциального метода может служить измерение вольтметром разности двух напряжений, из которых одно известно с большой точностью, а другое является искомой величиной.

Метод замещения заключается в поочередном измерении искомой величины прибором и измерении этим же прибором меры, воспроизводящей однородную с измеряемой величину. По результатам двух измерений может быть вычислена искомая величина. Вследствие того что оба измерения делаются одним и тем же прибором в одинаковых внешних условиях, а искомая величина определяется по отношению показаний прибора, в значительной мере уменьшается погрешность результата измерения. Так как погрешность прибора обычно неодинакова в различных точках шкалы, наибольшая точность измерения получается при одинаковых показаниях прибора.

Примером применения метода замещения может быть измерение сравнительно большого электрического сопротивления на постоянном токе путем поочередного измерения силы тока, протекающего через контролируемый резистор и образцовый. Питание цепи при измерениях должно производиться от одного и того же источника тока.

Метод совпадений -- это такой метод, при котором разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, измеряют, используя совпадение отметок шкал или периодических сигналов. Этот метод широко применяется в практике неэлектрических измерений. Примером может служить измерение длины штангенциркулем с нониусом. В электрических измерениях в качестве примера можно привести измерение частоты вращения тела стробоскопом. Укажем еще классификацию измерений по признаку изменения во времени измеряемой величины. В зависимости от того, изменяется ли измеряемая величина во времени или остается в процессе измерения неизменной, различаются статические и динамические измерения. Статическими называются измерения постоянных или установившихся значений. К ним относятся и измерения действующих и амплитудных значений величин, но в установившемся режиме.

Если измеряются мгновенные значения изменяющихся во времени величин, то измерения называются динамическими. Если при динамических измерениях средства измерений позволяют непрерывно следить за значениями измеряемой величины, такие измерения называются непрерывными. Можно осуществить измерения какой-либо величины путем измерений ее значений в некоторые моменты времени t1, t2 и т. д. В результате окажутся известными не все значения измеряемой величины, а лишь значения в выбранные моменты времени. Такие измерения называются дискретными.

Вывод

измерение электрический электротехника

Стандартизация методов и средств измерений занимает важную роль в науке и технике т. к. нашу жизнь в 21 веке невозможно представить без предметов и вещей которые нас окружают, а ведь все они при создании были кем-то и как-то измерены. Чтобы эти измерения и методы мог совершить любой человек конечно же необходимо их стандартизировать.

Суть измерения состоит в определении числового значения физической величины. Этот процесс называют измерительным преобразованием, подчеркивая связь измеряемой физической величины с полученным числом.

Список используемых источников

1. «Электротехника и электроника» под ред. проф. Б.И. Петленко М.2003 г.
2. «Метрология, Стандартизация, сертификация и электроизмерительная техника под редакцией К.К. Кима 2006 г.

Основным законом электротехники, при помощи которого можно изучать и рассчитывать электрические цепи, является закон Ома, устанавливающий соотношение между током, напряжением и сопротивлением. Необходимо отчетливо понимать его сущность и уметь правильно пользоваться им при решении практических задач. Часто в электротехнике допускаются ошибки из-за неумения правильно применить закон Ома. Закон Ома для участка цепи гласит: ток прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению. Если увеличить в несколько раз напряжение ...

Основу любой электрической схемы представляют условные графические обозначения различных элементов и устройств, а также связей между ними. Язык современных схем подчеркивает в символах подчеркивает основные функции, которые выполняет в схеме изображенных элемент. Все правильные условные графические обозначения элементов электрических схем и их отдельных частей приводятся в виде таблиц в стандартах. Условные графические обозначения образуются из простых геометрических фигур: квадратов, прямоугольников...

Для определения квалификации любого технического специалиста применяются различные аттестации с внесением записей в трудовую книжку и оформлением приказов по предприятию. У квалифицированных рабочих есть разряды, у инженеров имеются категории. По идее все это должно характеризовать уровень сложности задач, которые можно поручить специалисту. По факту же разряды и категории в лучшем случае используются для определения уровня заработной платы. Но у персонала, имеющего отношение к электротехнике , есть другой способ определения...

Переменный ток, в отличие от тока постоянного, непрерывно изменяется как по величине, так и по направлению, причем изменения эти происходят периодически, т. е. точно повторяются через равные промежутки времени. Чтобы вызвать в цепи такой ток, используются источники переменного тока, создающие переменную ЭДС, периодически изменяющуюся по величине и направлению. Такие источники называются генераторами переменного тока...

Возьмем три постоянных сопротивления и включим их в цепь так, чтобы конец первого сопротивления был соединен с началом второго сопротивления, конец второго - с началом третьего, а к началу первого сопротивления и к концу третьего подведем проводники от источника тока. Такое соединение сопротивлений называется последовательным. Очевидно, что ток в такой цепи будет во всех ее точках один и тот же...

Трехфазный трансформатор имеет две трехфазные обмотки - высшего (ВН) и низшего (НН) напряжения, в каждую из которых входят по три фазные обмотки, или фазы. Таким образом, трехфазный трансформатор имеет шесть независимых фазных обмоток и 12 выводов с соответствующими зажимами, причем начальные выводы фаз обмотки высшего напряжения обозначают буквами A, B, С, конечные выводы...

В этой краткой статье, не вдаваясь в историю сетей переменного тока, разберемся в соотношениях между фазными и линейными напряжениями. Ответим на вопросы о том, что такое фазное напряжение и что такое линейное напряжение, как они соотносятся между собой и почему эти соотношения именно таковы. Ни для кого не секрет, что сегодня электроэнергия от генерирующих электростанций подается к потребителям по высоковольтным линиям электропередач с частотой 50 Гц. На трансформаторных подстанциях синусоидальное напряжение ...

Все электрические принципиальные схемы станков, установок и машин содержат определенный набор типовых блоков и узлов, которые комбинируются между собой определенным образом. В релейно-контакторных схемах главными элементами управления двигателями являются электромагнитные пускатели и реле. Наиболее часто в качестве привода в станках и установках применяются трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Эти двигатели просты в устройстве, обслуживании и ремонте...

Электрические измерения выполняются по одному из следующих видов: прямой, косвенный, совокупный и совместный. Название прямого вида говорит само за себя, значение нужной величины определяется непосредственно прибором. Примером таких измерений может служить определение мощности ваттметром, силы тока амперметром и т. д.

Косвенный вид заключается в нахождении величины на основании известной зависимости этой величины и величины, найденной прямым методом. Примером может служить определение мощности без ваттметра. Прямым методом находят I, U, фазу и по формуле вычисляют мощность.

Совокупный и совместный виды измерений заключаются в одновременном измерении нескольких одноименных (совокупный) или не одноимённых (совместный) величин. Нахождение искомых величин осуществляется решением систем уравнений с коэффициентами, полученными в результате прямых измерений. Число уравнений в такой системе должно равняться числу искомых величин.

Прямые измерения как самый распространенный вид измерений могут производиться двумя основными методами: метод непосредственной оценки и метод сравнения с мерой. Первый метод является самым простым, так как значение нужной величины определяют по шкале прибора.

Таким методом определяется сила тока амперметром, напряжение вольтметров и т. д. Достоинством данного способа можно назвать простоту, а недостатком невысокую точность.

Измерения сравнением с мерой выполняется по одной из следующих методик: замещения, противопоставления, совпадения, дифференциальной и нулевой. Мера является своего рода эталонным значением некоторой величины.

Дифференциальный и нулевой методы - заложены в основе работы измерительных мостов. При дифференциальном методе делают неуравновешенно-показывающие мосты, а при нулевом - уравновешенные или нулевые.

В уравновешенных мостах сравнение происходит при помощи двух или более вспомогательных сопротивлений, подбираемых таким образом, чтобы со сравниваемыми сопротивлениями они составляли замкнутый контур (четырехполюсник), питаемый от одного источника и имеющий равнопотенциальные точки, обнаруживаемые индикатором равновесия.

Отношение между вспомогательными сопротивлениями является мерой отношения между сравниваемыми величинами. Индикатором равновесия в цепях постоянного тока выступает гальванометр, а в цепях переменного тока милливольтметр.

Дифференциальный метод иначе называют разностным, так как на средство измерения воздействует именно разность известной и искомой величины тока. Нулевой метод является предельным случаем дифференциального метода. Так, например, в указанной мостовой схеме гальванометр показывает ноль, если соблюдается равенство:

Из этого выражения следует:

Таким образом, можно вычислить сопротивление любого неизвестного элемента, при условии, что остальные 3 являются образцовыми. Образцовым также должен быть и источник постоянного тока.

”СхемаМетод противопоставления - иначе этот метод называют компенсационным и используют для непосредственного сравнения напряжения или ЭДС, тока и косвенно для измерений других величин, преобразуемых в электрические.

Две встречно направленные ЭДС, не связанные между собой включаются на прибор, по которому уравновешивают ветви схемы. На рисунке: требуется найти Ux. С помощью образцового регулируемого сопротивления Rk добиваются такого падения напряжения Uk, чтобы численно оно было равно Ux.

Судить об их равенстве можно по показаниям гальванометра. При равенстве Uк и Uх ток в цепи гальванометра протекать не будет, так как они противоположно направлены. Зная сопротивление и величину тока по формуле определяем Uх.

Метод замещения - метод, при котором искомую величину замещают или совмещают с известной образцовой величиной, по значению равной замещенной. Такой способ применяется для определения индуктивности или емкости неизвестной величины. Выражение, определяющее зависимость частоты от параметров цепи:

Слева, частота f0 задаваемая генератором ВЧ, в правой части значения индуктивности и емкости измеряемой цепи. Подбирая резонанс частоты можно определить неизвестные значения в правой части выражения.

”РезонанснаяИндикатором резонанса является электронный вольтметр с большим входным сопротивлением, показания которого в момент резонанса будут наибольшими. Если измеряемую катушку индуктивности включить параллельно образцовому конденсатору и измерять резонансную частоту, то значение Lx можно найти по вышеуказанному выражению. Аналогично находится неизвестная емкость.

Вначале резонансный контур, состоящий из индуктивности Lи образцового конденсатора емкости Co, настраивают в резонанс на частоту fo; при этом фиксируют значения fo и емкости конденсатора Co1.

Затем, параллельно образцовому конденсатору Co подключают конденсатор Cх и изменением емкости образцового конденсатора добиваются резонанса при той же частоте fo; соответственно искомая величина равна Co2.

Метод совпадений - метод, при котором разность между искомой и известной величиной определяется по совпадению отметок шкал или периодических сигналов. Ярким примером применения этого способа в жизни является измерение угловой скорости вращения различных деталей.

Для этого на измеряемом объекте наносят метку, например мелком. При вращении детали с меткой, на нее направляют стробоскоп, частота мигания которого известна изначально. Регулированием частоты стробоскопа добиваются, чтобы метка стояла на месте. При этом частоту вращения детали принимают равной частоте мигания стробоскопа.

Погрешность измерительных приборов и класс точности

Точность измерения -- качество измерения, отражающее близость его результатов к истинному значению измеряемой величины. Высокая точность измерений соответствует малой погрешности.

Погрешность измерительного прибора -- разность между показаниями прибора и истинным значением измеряемой величины.

Результат измерения -- значение величины, найденное путем ее измерения.

При однократном измерении показание прибора является результатом измерения, а при многократном -- результат измерения находят путем статистической обработки результатов каждого наблюдения. По точности результатов измерения подразделяют на три вида: очные (прецизионные), результат которых должен иметь минимальную погрешность; контрольно-поверочные, погрешность которых не должна превышать некоторого заданного значения; технические, результат которых содержит погрешность, определяемую погрешностью измерительного прибора. Как правило, точные и контрольно-оверочные измерения требуют многократных наблюдений.

По способу выражения погрешности средств измерений разделяют на абсолютные, относительные и приведенные.

Абсолютная погрешность ДА -- разность между показанием прибора А и действительным значением измеряемой величины А.

Относительная погрешность -- отношение абсолютной погрешности ДА к значению измеряемой величины А, выраженное в процентах:

Приведенная погрешность (в процентах) -- отношение абсолютной погрешности ЛА к нормирующему значению:

Для приборов с нулевой отметкой на краю или вне шкалы нормирующее значение равно конечному значению диапазона измерений. Для приборов с двухсторонней шкалой, т. е. с отметками шкалы, расположенными по обе стороны от нуля, оно равно арифметической сумме конечных значений диапазона измерений. Для приборов с логарифмической или гиперболической шкалой нормирующее значение равно длине всей шкалы.

Таблица 1 - Классы точности* средств измерений

Средства измерений электрических величин должны удовлетворять следующим основным требованиям (ПУЭ):

1) класс точности измерительных приборов должен быть не хуже 2,5;
2) классы точности измерительных шунтов, добавочных резисторов, трансформаторов и преобразователей должны быть не хуже приведенных в табл. 1.;
3) пределы измерения приборов должны выбираться с учетом возможных наибольших длительных отклонений измеряемых величин от номинальных значений.

Учет активной электрической энергии должен обеспечивать определение количества энергии: выработанной генераторами ЭС; потребленной на с. н. и хозяйственные нужды (раздельно) ЭС и ПС; отпущенной потребителям по линиям, отходящим от шин ЭС непосредственно к потребителям; переданной в др. энергосистемы или полученной от них; отпущенной потребителям из электрической сети. Кроме того, учет активной электрической энергии должен обеспечивать возможность: определения поступления электрической энергии в электрические сети разных классов напряжений энергосистемы; составления балансов электрической энергии для хозрасчетных подразделений энергосистемы; контроля за соблюдением потребителями заданных им режимов потребления и баланса электрической энергии.

Учет реактивной электрической энергии должен обеспечивать возможность определения количества реактивной электрической энергии, полученной потребителем от электроснабжающей организации или переданной ей, только в том случае, если по этим данным производятся расчеты или контроль соблюдения заданного режима работы компенсирующих устройств.

Классификация электрических приборов

Электрическими аппаратами (ЭА) называются электротехнические устройства для управления потоками энергии и информации, режимами работы, контроля и защиты технических систем и их компонентов.

Электрические аппараты в зависимости от элементной базы и принципа действия разделяются на три группы:

электромеханические;

Основным признаком электромеханических аппаратов является наличие в них подвижных частей. У многих типов электромеханических аппаратов одной из подвижных частей является контактная система, осуществляющая коммутацию электрической цепи.

статические;

Статические аппараты выполняются на основе электронных компонентов диодов, тиристоров, транзисторов и др.), а также управляемых электромагнитных устройств (магнитных усилителей, дросселей насыщения и др.). Аппараты этого вида, как правило, относятся к силовым электронным устройствам, так как обычно используется для управления потоками электрической энергии, а не информации.

гибридные.

Представляют собой комбинацию электромеханических и статических аппаратов.

Основные виды электрических аппаратов

Классификация электрических аппаратов может быть проведена по разным признакам, например:

по напряжению: низкого (до 1000 В) и высокого от единиц до тысяч киловольт напряжения;

значению тока: слаботочные (до 5 А) и сильноточные (от 5 А до сотен килоампер);

роду тока: постоянного и переменного;

частоте источника питания: с нормальной (до 50 Гц) и повышенной (от 400 Гц до 10 кГц) частотой;

роду выполняемых функций: коммутирующие, регулирующие, контролирующие, измеряющие, ограничивающие по току или напряжению, стабилизирующие;

исполнению коммутирующего органа: контактные и бесконтактные (статические), гибридные, синхронные, бездуговые.

Многообразие видов классификации определяется областями применения: в схемах автоматического и неавтоматического управления различного электротехнического оборудования; в устройствах автоматического регулирования, стабилизации, контроля и измерения систем распределения электрической энергии и энергоснабжения предприятий электротехнической и многих других отраслей промышленности, связанных с использованием электрической энергии.

Электрические аппараты высокого напряжения (АВН)

По функциональному признаку АВН делятся на следующие виды:

коммутационные аппараты (выключатели, выключатели нагрузки, разъединители);

измерительные аппараты (трансформаторы тока и напряжения, делители напряжения);

ограничивающие аппараты (предохранители, реакторы, разрядники, нелинейные ограничители перенапряжений);

компенсирующие аппараты (управляемые и неуправляемые шунтирующие реакторы);

комплектные распределительные устройства.

Электрические аппараты управления и распределительных устройств низкого напряжения

Аппараты управления предназначены для управления режимом работы электрооборудования и подразделяются на следующие виды:

контакторы;

пускатели;

контроллеры;

электрические реле управления;

командоаппараты;

рубильники;

электромагниты управления;

электроуправляемые муфты.

Аппараты распределительных устройств предназначены для защиты электрооборудования в различных аварийных режимах (токи перегрузки и короткого замыкания, недопустимое снижение напряжения, токи утечки на землю при повреждении изоляции, обратные токи и т. п.). Эти аппараты подразделяются на автоматические выключатели и низковольтные предохранители.

Конструктивно законченные электротехнические компоненты: электрические разъёмы (розетка, вилка), пускорегулирующие аппараты светотехники, генераторы импульсов спец. формы, блоки контроля параметров сетевого напряжения и др.

Электрические аппараты автоматики

Для реализации электрических аппаратов автоматики используются разнообразные физические принципы. По назначению они классифицируются следующим образом:

первичные преобразователи (датчики);

распределители (коммутаторы);

сумматоры, логические элементы, регулирующие органы;

исполнительные аппараты (электрические реле автоматики, электрогидровентили, электрогидрокраны, электроклапаны, магнитные опоры и подвесы, задвижки, толкатели и др.);

электрические реле автоматики (герметизированные магнитоуправляемые контакты (герконы) и др.).

релейные аппараты с механическим управлением (входом) и электрическим выходом (кнопки, ключи, клавиатуры, тумблеры, микровыключатели).

Измерение напряжения токов и мощности