ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЯХ. Электрические измерения единицы
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЯХ
допроводный кран, если другая рука прикасается к включенному электрическому прибору.
4.Если ток постоянный, а нуль шкалы измерительного прибора находится слева, то подключение прибора в цепь производится с соблюдением полярности.
5.Все реостаты, включаемые в цепь, должны быть установлены на максимум сопротивления.
6.Все ключи и коммутаторы при сборке цепи должны быть разомкнуты; замыкать схему
на источник питания без проверки схемы преподавателем или лаборантом строго запрещается.
7.Цепь подключается к источнику питания только на время измерений.
8.Запрещается производить переключения в схеме и оставлять без наблюдения схему, находящуюся под напряжением.
9.В электрической цепи, содержащей индуктивности, могут возникать мощные экстра токи в моменты её замыкания и размыкания. Поэтому даже низковольтные цепи с индуктивностями могут быть опасны.
10.Конденсаторы после выключения схемы несут на себе заряд, и их необходимо разряжать специальным разрядником перед тем, как к ним прикасаться.
11.Запрещается оставлять без наблюдения работающие электрические цепи. Если замечено зашкаливание приборов, исрение, дым или другие опасные и непонятные
явления необходимо немедленно отключить источник питания и обратиться к дежурному инженеру в лаборатории.
12.После окончания работы необходимо отключить источник тока. Привести в порядок рабочее место.
13.При нарушении правил техники безопасности студент отстраняется от работы в лаборатории и допускается к ней только после дополнительного изучения и отчета по правилам техники безопасности в данной лаборатории.
1.Определения и классификация средств измерений
1.1.Электрические измерения и единицы физических величин
Задачей электрических измерений является нахождение значений физических величин опытным путем с помощью специальных электротехнических средств и выражение этих значений в принятых единицах.
Физическая величина (ФВ) — свойство, общее в качественном отношении многим физическим объектам или физическим системам, их состояниям и происходящим в них процессам.
Электрическое сопротивление тела, напряженность электрического поля, масса, время и др. — все это физические величины.
Размер единицы величины, вообще говоря, может быть любым. Однако измерения должны выполняться в общепринятых единицах. Такие единицы устанавливаются в каждой стране особым законодательством с учетом рекомендаций международных организаций.
В СССР с 1 января 1963 г. введена Международная система единиц (СИ), от начальных букв слов Systeme International - интернациональная система.
Основными единицами СИ являются:
метр (м) — единица длины,килограмм (кг) — единица массы,
секунда (с) — единица времени,
ампер (А) — единица силы тока,кельвин (К) — единица термодинамической температуры,
моль (моль) — единица количества вещества,кандела (кд) — единица силы света.
Дополнительные единицы:радиан (рад) — единица плоского угла,стерадиан (ср) — единица телесного угла.
Производные единицы международной системы образуются из основных и дополнительных единиц при помощи определяющих уравнений в соответствии с принципами построения систем единиц. Внесистемные единицы, допускаемые к применению, устанавливаются стандартами на единицы по отдельным областям измерений.
Международная система единиц (СИ) является универсальной, так как охватывает все области измерений, и когерентной, т. е. такой системой, в которой производные единицы всех величин могут быть получены с помощью определяющих уравнений с численными коэффициентами, равными единице. Кроме того, как основные единицы, так и подавляющее большинство производных единиц системы СИ по своему размеру удобны для практического их применения. Значительное число единиц СИ: метр, килограмм, секунда, ампер, вольт и др. получили широкое распространение задолго до ее введения. Необходимость перехода к Международной системе единиц диктовалась требованиями повышения точности измерений, унификации и уточнения единиц физических величин.
1.2. Виды средств электрических измерений
Средствами электрических измерений называют технические средства, используемые при электрических измерениях и имеющие нормированные метрологические характеристики. Различают следующие виды средств электрических измерений: меры и электроизмери-
тельные приборы.
Мерами называют средства измерений, предназначенные для воспроизведения физической величины заданного размера. Различают однозначные меры, многозначные меры и наборы мер.
Однозначная мера воспроизводит физическую величину одного размера; многозначная мера воспроизводит ряд одноименных величин разного размера. Примером многозначных мер может служить конденсатор переменной емкости, вариометр для плавного изменения индуктивности и др. Набор мер представляет собой специально подобранный комплект мер, применяемых не только по отдельности, но и в различных сочетаниях с целью воспроизведения ряда одноименных величин различного размера. Примерами набора мер являются магазины сопротивлений, емкостей и др.
Электроизмерительными приборами называют средства электрических измерений, предназначенные для выработки сигналов измерительной информации, т. е. сигналов, функционально связанных с измеряемыми физическими величинами, в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. Они весьма разнообразны по своему принципу действия и конструктивному оформлению вследствие различных требований, предъявляемых к ним.
1.3. Классификация электроизмерительных приборов
Электроизмерительные приборы могут быть классифицированы по различным признакам.
Электроизмерительные приборы, показания которых являются непрерывными функциями изменений измеряемых величин, называются аналоговыми приборами.
Электроизмерительные приборы, автоматически вырабатывающие дискретные сигналы измерительной информации, показания которых представлены в цифровой форме, назы-
ваются цифровыми приборами.
В зависимости от того, допускает ли электроизмерительный прибор только считывание показаний или допускает считывание и регистрацию показаний в той или иной форме или только регистрацию, все приборы могут быть разделены на две группы: показывающие приборы ирегистрирующие приборы.
По характеру применения различают следующие приборы:
1)стационарные, т. е. такие, корпуса которых приспособлены для жесткого крепления на месте установки;
2)переносные, т. е. такие, корпуса которых не предназначены для жесткого крепления на месте установки.
В зависимости от степени защищенности приборы бывают:
1.обыкновенными;
2.пыле-,водо-,брызгозащищенными;
3.герметическими и др.
По роду измеряемой величиныприборы делятся на:
1.амперметры— для измерения тока;
2.вольтметры — для измерения напряжения;
3.омметры — для измерения сопротивления и т. п.
Кроме указанных классификаций, существуют и другие, они будут рассмотрены при изучении курса электрических измерений.
Измерить какую-либовеличину – сравнить ее с другой однородной величиной, принятой за единицу измерения.
Устройство, предназначенное для сравнениякакой-либовеличины с единицей ее
измерения, называется измерительным прибором.
1.4.Основные части электроизмерительного прибора
Косновным частям электроизмерительного прибора (ИП) относятся:
1.Корпус;
2.Зажимы;
3.Шкала;
4.Указательная стрелка;
5.Измерительный механизм;
6.Винт корректора (для установки стрелки на нулевую отметку перед измерением, ограничители).
На корпусе некоторых приборов расположены: переключатель пределов измерения иар-
ретир.
Арретир служит для закрепления измерительного механизма при транспортировке. Измерительные механизмы любой системы имеют ряд общих механических частей: спиральные пружины, оси или полуоси с подпятниками, противовесы, корректор.
Спиральные | пружины | препятствуют | отклонению | стрелки, |
| благодаря | ||
чему | она | останавливается | против | определенной | отметки | на | шкале. | |
Каждый | измерительный механизм имеет | в | своем устройстве | успокоитель, | ||||
который гасит колебания стрелки после отклонения. Различают воздушные и магнитоиндукционные успокоители.
2. Классификация электроизмерительных приборов
Все электроизмерительные приборы (ЭИП) классифицируют по следующим основ-
ным признакам:
а) по роду измеряемой величины: амперметры, вольтметры, омметры, ваттметры, счетчики и др.
б) по роду тока: приборы постоянного тока, переменного тока и приборы постоянного тока и переменного тока.
в) по принципу действия: магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, индукционные, тепловые и др.
г) по степени точности: различают приборы восьми классов точности – 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0.
Разность между показанием прибора и действительным значением измеряемой величины называется абсолютной погрешностью прибора:
А – показания рабочего прибора;Ад – действительное значение величины (показание образцового прибора). Выраженное в
процентах отношение абсолютной погрешностью прибора к наибольшему значению, которое может быть измерено по шкале этого прибора, называет-
ся относительной приведенной погрешностью прибора | γ. | ||
γ = | A | 100% | (2) |
A |
| ||
|
|
| |
| пр |
|
|
Апр – наибольшее значение величины, которое может быть измерено данным прибо-
ром (предел измерения прибора).
Наибольшую допустимую относительную приведенную погрешность прибора называют классом точности этого прибора.
Существует восемь классов точности этого прибора, наиболее точными приборами являются приборы 0,05 (первого класса точности). Приборы первых четырех классов точ-
ности применяют для точных лабораторных измерений.
Класс точности прибора наносят на шкалу ЭИП в виде числа из двух значащих цифр, иногда обведенных окружностью, иногда подчеркнутых. Шкала прибора служит для отсчета значения измеряемой величины.
Делением шкалы называется расстояние между двумя ближайшими друг к другу отметками на шкале.
Ценой деления С называется значение электрической величины, приходящееся на одно деление шкалы.
C = | dx |
|
| (3) | |||
| dl | (4) | |||||
|
|
| |||||
C = | dϕ |
| |||||
| dl |
| |||||
|
|
|
| ||||
где dx, d ϕ - соответственно линейное или угловое перемещение указателя , а | dl – измене- | ||||||
ние измеряемой величины. |
| ||||||
Чувствительностью прибора (S) называется величина, обратная цене деления: | (5) | ||||||
S = | 1 |
| |||||
C |
| ||||||
|
|
|
| ||||
Например, имеется прибор, который может измерить напряжение от 0 до 250В (250В - предел измерения). Шкала этого прибора разделена, на 50 делений. Тогда:
С=250:50=5В/дел, аS=50:250=0,2 дел/В.
Шкалыбываютравномернымиинеравномерными. Нашкалеспомощьюусловных знаков дается подробная техническая характеристика прибора.
На шкале прибора указывают:
1) его наименование или буквенное обозначение.
Например, mA илиμΑ и т.д. По наименованию единицы измеряемой величины дается наименование прибора.
2)Класс точности. Класс точности указывают в виде числа из одной или двух значащих цифр (например – 0,5 или 2,5).
3)Род тока -постоянный /— /или переменный / ~ /, постоянный и переменный - ~ .
4)Система измерительного механизма прибора. Она обозначается на шкале специальным знаком, представляющим собой схематическое изображение основного узла, от которого зависит принцип действия прибора.
магнитоэлектрическая система – | , | |
электромагнитная система | - | . |
5) Символ установки прибора при измерениях:
1.(вертикальное - ↑,
2.горизонтальное - →,
3.или под углом -
6) Пробивное напряжение изоляции. На шкале указана величина напряжения, при которомбылаиспытанапрочность изоляции, обозначается она так:
7)Степень защищённости от внешних магнитных полей.
1.Степень защищенности от внешних магнитных полей обозначают римскими цифрами I, II, III, IV. Меньшая цифра означает лучшую защиту.
8)Условия работы прибора при соответствующей температуре и отно-
сительной влажности обозначаются на шкале буквами:
1. | А- нормально, работает | при +10 до -35С° и ƒ до 80%, |
2. | Б - Т от-20до +50С° и | ƒ до 80%, |
3. | В - Т от-40до +60 С° | ƒ до 98%. |
9) Абсолютная погрешность прибора
Абсолютная погрешность, которую дает измерительный прибор при измерениях, рассчитывается по формуле:
U = | γ%A | (6) |
| 100% |
|
10) На шкалу прибора наносят также марку завода-изготовителя, | заводской | |
номер, год выпуска и тип прибора. |
|
|
Обозначения основных систем измерительных механизмов электроизмерительных приборов приведены в таблице 1.
|
|
|
|
| Таблица 1. |
Обозначения электроизмерительных механизмов приборов | |||||
Наименование прибо- |
| Наименование прибора | Условное | ||
ра |
| Условное |
|
| обозначение |
|
| обозначение |
|
|
|
|
|
| Прибор электродинами- |
| |
Прибор | магнитоэлек- |
| ческий |
|
|
трический | с подвижной |
|
|
|
|
рамкой |
|
|
|
|
|
|
|
| Прибор | ферродинами- |
|
Логометр магнитоэлек- |
| ческий |
|
| |
трический |
|
|
|
|
|
Прибор | магнитоэлект- |
| Логометр | электродина- |
|
рический | с подвижным |
|
| ||
| мический |
|
| ||
магнитом |
|
|
|
| |
|
|
|
|
| |
studfiles.net
Измерение электрических величин: единицы и средства, методы измерения |
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.
- Измерительные преобразователи, 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:
- Метрологические характеристики, 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.
- Способ осуществления измерений. 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 точности. Измерение 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 Pa, реактивную Pra (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.
- Пьезоэлектрические преобразователи 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.
Источник: bisbroker.ru
cv-consul.ru
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЯХ
допроводный кран, если другая рука прикасается к включенному электрическому прибору.
4.Если ток постоянный, а нуль шкалы измерительного прибора находится слева, то подключение прибора в цепь производится с соблюдением полярности.
5.Все реостаты, включаемые в цепь, должны быть установлены на максимум сопротивления.
6.Все ключи и коммутаторы при сборке цепи должны быть разомкнуты; замыкать схему
на источник питания без проверки схемы преподавателем или лаборантом строго запрещается.
7.Цепь подключается к источнику питания только на время измерений.
8.Запрещается производить переключения в схеме и оставлять без наблюдения схему, находящуюся под напряжением.
9.В электрической цепи, содержащей индуктивности, могут возникать мощные экстра токи в моменты её замыкания и размыкания. Поэтому даже низковольтные цепи с индуктивностями могут быть опасны.
10.Конденсаторы после выключения схемы несут на себе заряд, и их необходимо разряжать специальным разрядником перед тем, как к ним прикасаться.
11.Запрещается оставлять без наблюдения работающие электрические цепи. Если замечено зашкаливание приборов, исрение, дым или другие опасные и непонятные
явления необходимо немедленно отключить источник питания и обратиться к дежурному инженеру в лаборатории.
12.После окончания работы необходимо отключить источник тока. Привести в порядок рабочее место.
13.При нарушении правил техники безопасности студент отстраняется от работы в лаборатории и допускается к ней только после дополнительного изучения и отчета по правилам техники безопасности в данной лаборатории.
1.Определения и классификация средств измерений
1.1.Электрические измерения и единицы физических величин
Задачей электрических измерений является нахождение значений физических величин опытным путем с помощью специальных электротехнических средств и выражение этих значений в принятых единицах.
Физическая величина (ФВ) — свойство, общее в качественном отношении многим физическим объектам или физическим системам, их состояниям и происходящим в них процессам.
Электрическое сопротивление тела, напряженность электрического поля, масса, время и др. — все это физические величины.
Размер единицы величины, вообще говоря, может быть любым. Однако измерения должны выполняться в общепринятых единицах. Такие единицы устанавливаются в каждой стране особым законодательством с учетом рекомендаций международных организаций.
В СССР с 1 января 1963 г. введена Международная система единиц (СИ), от начальных букв слов Systeme International - интернациональная система.
Основными единицами СИ являются:
метр (м) — единица длины,килограмм (кг) — единица массы,
секунда (с) — единица времени,
ампер (А) — единица силы тока,кельвин (К) — единица термодинамической температуры,
моль (моль) — единица количества вещества,кандела (кд) — единица силы света.
Дополнительные единицы:радиан (рад) — единица плоского угла,стерадиан (ср) — единица телесного угла.
Производные единицы международной системы образуются из основных и дополнительных единиц при помощи определяющих уравнений в соответствии с принципами построения систем единиц. Внесистемные единицы, допускаемые к применению, устанавливаются стандартами на единицы по отдельным областям измерений.
Международная система единиц (СИ) является универсальной, так как охватывает все области измерений, и когерентной, т. е. такой системой, в которой производные единицы всех величин могут быть получены с помощью определяющих уравнений с численными коэффициентами, равными единице. Кроме того, как основные единицы, так и подавляющее большинство производных единиц системы СИ по своему размеру удобны для практического их применения. Значительное число единиц СИ: метр, килограмм, секунда, ампер, вольт и др. получили широкое распространение задолго до ее введения. Необходимость перехода к Международной системе единиц диктовалась требованиями повышения точности измерений, унификации и уточнения единиц физических величин.
1.2. Виды средств электрических измерений
Средствами электрических измерений называют технические средства, используемые при электрических измерениях и имеющие нормированные метрологические характеристики. Различают следующие виды средств электрических измерений: меры и электроизмери-
тельные приборы.
Мерами называют средства измерений, предназначенные для воспроизведения физической величины заданного размера. Различают однозначные меры, многозначные меры и наборы мер.
Однозначная мера воспроизводит физическую величину одного размера; многозначная мера воспроизводит ряд одноименных величин разного размера. Примером многозначных мер может служить конденсатор переменной емкости, вариометр для плавного изменения индуктивности и др. Набор мер представляет собой специально подобранный комплект мер, применяемых не только по отдельности, но и в различных сочетаниях с целью воспроизведения ряда одноименных величин различного размера. Примерами набора мер являются магазины сопротивлений, емкостей и др.
Электроизмерительными приборами называют средства электрических измерений, предназначенные для выработки сигналов измерительной информации, т. е. сигналов, функционально связанных с измеряемыми физическими величинами, в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. Они весьма разнообразны по своему принципу действия и конструктивному оформлению вследствие различных требований, предъявляемых к ним.
1.3. Классификация электроизмерительных приборов
Электроизмерительные приборы могут быть классифицированы по различным признакам.
Электроизмерительные приборы, показания которых являются непрерывными функциями изменений измеряемых величин, называются аналоговыми приборами.
Электроизмерительные приборы, автоматически вырабатывающие дискретные сигналы измерительной информации, показания которых представлены в цифровой форме, назы-
ваются цифровыми приборами.
В зависимости от того, допускает ли электроизмерительный прибор только считывание показаний или допускает считывание и регистрацию показаний в той или иной форме или только регистрацию, все приборы могут быть разделены на две группы: показывающие приборы ирегистрирующие приборы.
По характеру применения различают следующие приборы:
1)стационарные, т. е. такие, корпуса которых приспособлены для жесткого крепления на месте установки;
2)переносные, т. е. такие, корпуса которых не предназначены для жесткого крепления на месте установки.
В зависимости от степени защищенности приборы бывают:
1.обыкновенными;
2.пыле-,водо-,брызгозащищенными;
3.герметическими и др.
По роду измеряемой величиныприборы делятся на:
1.амперметры— для измерения тока;
2.вольтметры — для измерения напряжения;
3.омметры — для измерения сопротивления и т. п.
Кроме указанных классификаций, существуют и другие, они будут рассмотрены при изучении курса электрических измерений.
Измерить какую-либовеличину – сравнить ее с другой однородной величиной, принятой за единицу измерения.
Устройство, предназначенное для сравнениякакой-либовеличины с единицей ее
измерения, называется измерительным прибором.
1.4.Основные части электроизмерительного прибора
Косновным частям электроизмерительного прибора (ИП) относятся:
1.Корпус;
2.Зажимы;
3.Шкала;
4.Указательная стрелка;
5.Измерительный механизм;
6.Винт корректора (для установки стрелки на нулевую отметку перед измерением, ограничители).
На корпусе некоторых приборов расположены: переключатель пределов измерения иар-
ретир.
Арретир служит для закрепления измерительного механизма при транспортировке. Измерительные механизмы любой системы имеют ряд общих механических частей: спиральные пружины, оси или полуоси с подпятниками, противовесы, корректор.
Спиральные | пружины | препятствуют | отклонению | стрелки, |
| благодаря | ||
чему | она | останавливается | против | определенной | отметки | на | шкале. | |
Каждый | измерительный механизм имеет | в | своем устройстве | успокоитель, | ||||
который гасит колебания стрелки после отклонения. Различают воздушные и магнитоиндукционные успокоители.
2. Классификация электроизмерительных приборов
Все электроизмерительные приборы (ЭИП) классифицируют по следующим основ-
ным признакам:
а) по роду измеряемой величины: амперметры, вольтметры, омметры, ваттметры, счетчики и др.
б) по роду тока: приборы постоянного тока, переменного тока и приборы постоянного тока и переменного тока.
в) по принципу действия: магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, индукционные, тепловые и др.
г) по степени точности: различают приборы восьми классов точности – 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0.
Разность между показанием прибора и действительным значением измеряемой величины называется абсолютной погрешностью прибора:
А – показания рабочего прибора;Ад – действительное значение величины (показание образцового прибора). Выраженное в
процентах отношение абсолютной погрешностью прибора к наибольшему значению, которое может быть измерено по шкале этого прибора, называет-
ся относительной приведенной погрешностью прибора | γ. | ||
γ = | A | 100% | (2) |
A |
| ||
|
|
| |
| пр |
|
|
Апр – наибольшее значение величины, которое может быть измерено данным прибо-
ром (предел измерения прибора).
Наибольшую допустимую относительную приведенную погрешность прибора называют классом точности этого прибора.
Существует восемь классов точности этого прибора, наиболее точными приборами являются приборы 0,05 (первого класса точности). Приборы первых четырех классов точ-
ности применяют для точных лабораторных измерений.
Класс точности прибора наносят на шкалу ЭИП в виде числа из двух значащих цифр, иногда обведенных окружностью, иногда подчеркнутых. Шкала прибора служит для отсчета значения измеряемой величины.
Делением шкалы называется расстояние между двумя ближайшими друг к другу отметками на шкале.
Ценой деления С называется значение электрической величины, приходящееся на одно деление шкалы.
C = | dx |
|
| (3) | |||
| dl | (4) | |||||
|
|
| |||||
C = | dϕ |
| |||||
| dl |
| |||||
|
|
|
| ||||
где dx, d ϕ - соответственно линейное или угловое перемещение указателя , а | dl – измене- | ||||||
ние измеряемой величины. |
| ||||||
Чувствительностью прибора (S) называется величина, обратная цене деления: | (5) | ||||||
S = | 1 |
| |||||
C |
| ||||||
|
|
|
| ||||
Например, имеется прибор, который может измерить напряжение от 0 до 250В (250В - предел измерения). Шкала этого прибора разделена, на 50 делений. Тогда:
С=250:50=5В/дел, аS=50:250=0,2 дел/В.
Шкалыбываютравномернымиинеравномерными. Нашкалеспомощьюусловных знаков дается подробная техническая характеристика прибора.
На шкале прибора указывают:
1) его наименование или буквенное обозначение.
Например, mA илиμΑ и т.д. По наименованию единицы измеряемой величины дается наименование прибора.
2)Класс точности. Класс точности указывают в виде числа из одной или двух значащих цифр (например – 0,5 или 2,5).
3)Род тока -постоянный /— /или переменный / ~ /, постоянный и переменный - ~ .
4)Система измерительного механизма прибора. Она обозначается на шкале специальным знаком, представляющим собой схематическое изображение основного узла, от которого зависит принцип действия прибора.
магнитоэлектрическая система – | , | |
электромагнитная система | - | . |
5) Символ установки прибора при измерениях:
1.(вертикальное - ↑,
2.горизонтальное - →,
3.или под углом -
6) Пробивное напряжение изоляции. На шкале указана величина напряжения, при которомбылаиспытанапрочность изоляции, обозначается она так:
7)Степень защищённости от внешних магнитных полей.
1.Степень защищенности от внешних магнитных полей обозначают римскими цифрами I, II, III, IV. Меньшая цифра означает лучшую защиту.
8)Условия работы прибора при соответствующей температуре и отно-
сительной влажности обозначаются на шкале буквами:
1. | А- нормально, работает | при +10 до -35С° и ƒ до 80%, |
2. | Б - Т от-20до +50С° и | ƒ до 80%, |
3. | В - Т от-40до +60 С° | ƒ до 98%. |
9) Абсолютная погрешность прибора
Абсолютная погрешность, которую дает измерительный прибор при измерениях, рассчитывается по формуле:
U = | γ%A | (6) |
| 100% |
|
10) На шкалу прибора наносят также марку завода-изготовителя, | заводской | |
номер, год выпуска и тип прибора. |
|
|
Обозначения основных систем измерительных механизмов электроизмерительных приборов приведены в таблице 1.
|
|
|
|
| Таблица 1. |
Обозначения электроизмерительных механизмов приборов | |||||
Наименование прибо- |
| Наименование прибора | Условное | ||
ра |
| Условное |
|
| обозначение |
|
| обозначение |
|
|
|
|
|
| Прибор электродинами- |
| |
Прибор | магнитоэлек- |
| ческий |
|
|
трический | с подвижной |
|
|
|
|
рамкой |
|
|
|
|
|
|
|
| Прибор | ферродинами- |
|
Логометр магнитоэлек- |
| ческий |
|
| |
трический |
|
|
|
|
|
Прибор | магнитоэлект- |
| Логометр | электродина- |
|
рический | с подвижным |
|
| ||
| мический |
|
| ||
магнитом |
|
|
|
| |
|
|
|
|
| |
studfiles.net
Меры единиц электрических величин
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ
Основные понятия и определения в метрологии
Общие сведения
Все отрасли человеческой деятельности не могут существовать и развиваться без развернутой системы измерений, которые определяют не только уровень контроля и управления технологическими процессами, но и качество производимой продукции. Получение и переработка сельскохозяйственной продукции сопровождается биологическим, агрохимическим и технологическим контролем производства на всех этапах. Большая роль принадлежит измерениям при создании новых сельскохозяйственных машин, производстве с применением современных технологий и особенно при автоматизированном производстве.
Из всего многообразия средств измерений наибольшее распространение получают электрические средства. Они позволяют измерять различные параметры в широком диапазоне, имеют высокую чувствительность, их применение упрощает процессы автоматизации получения, обработки и хранения результатов измерений.
В сельском хозяйстве страны используется большое число разнообразных измерительных приборов. В этих условиях особое значение приобретает вопрос об обеспечении единообразия (или единства) измерений во всех отраслях.
Роль электрических измерений в структуре агропромышленного производства – обеспечивать тесную взаимосвязь с другими отраслями, являться средством улучшения организации производства сельскохозяйственной продукции и экологической безопасности. Это требует от инженеров, работающих в различных отраслях агропромышленного производства, знания основ электрических измерений различных величин.
Измерение – познавательный процесс, под которым понимают получение информации о количественном значении исследуемой физической величины. Все вопросы, связанные с измерениями различных величин, исследуются отраслью знаний, называемой метрологией. Основные термины и определения в области метрологии установлены ГОСТ 16263-70, в котором записано, что метрология – это наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и достижения требуемой точности. Измерение – это определение значения физической величины опытным путем при помощи специальных технических средств.
Техническими средствами измерений являются измерительные приборы. Измерительный прибор (прибор) – это средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. Измерительные приборы в зависимости от назначения и физических явлений, положенных в основу их действия, различны.
Средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, последующего преобразования, обработки и хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем, называется измерительным преобразователем (преобразователем). В зависимости от назначения преобразователи бывают первичные, промежуточные, передающие и масштабные.
При измерениях используют различные вспомогательные средства, которые, как и средства измерения, влияют на метрологические свойства другого средства измерений при его применении или поверке.
Развитие средств автоматизации технологических процессов производства и автоматизированных систем управления способствует созданию информационных измерительных систем. Информационная измерительная система представляет собой совокупность средств измерений (мер, измерительных приборов и измерительных преобразователей) и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи и предназначенных для автоматического получения сигналов измерительной информации в форме, удобной для автоматической обработки, передачи и использования в автоматических системах управления.
Меры единиц электрических величин
В соответствии с принятой системой единиц для технического обеспечения измерений используют различные меры. В зависимости от назначения и точности меры делят на эталоны, образцовые и рабочие.
Эталон, который обеспечивает воспроизведение единицы физической величины с наивысшей в стране точностью, называется первичным, а значение, которое устанавливают по первичному эталону – вторичным. Вторичные эталоны обычно используют для поверки образцовых средств измерений.
Образцовую меру используют для поверки рабочих мер и измерительных приборов. В некоторых случаях образцовые меры применяют непосредственно при измерениях.
Рабочую меру применяют для измерений и для поверки измерительных приборов. Рабочие меры часто выполняют многозначными для воспроизведенияряда одноименных физических величин различного размера.
В качестве мер электрических величин применяют меры электродвижущей силы (ЭДС), тока, электрического сопротивления, индуктивности и взаимной индуктивности и электрической емкости.
Мера ЭДС. Образцовыми и рабочими мерами ЭДС являются нормальные элементы – гальванические элементы с известным значением ЭДС. В зависимости от погрешности воспроизведения ЭДС нормальные элементы с насыщенным раствором бывают 0,001; 0,002 и 0,005 классов точности. Так, например, ЭДС нормального элемента класса точности 0,005 при температуре 20 °С в должна быть не менее 1,0185 и не более 1,0187 В.
Мерой тока являются токовые весы, воспроизводящие ток 1 А.
Мера электрического сопротивления. Образцовые и рабочие меры сопротивления изготовляют в виде катушек. Несколько катушек комплектуют в магазины сопротивлений (многозначные меры). Для уменьшения влияний температуры на значение воспроизводимого сопротивления катушки наматывают из манганинового провода или ленты. Номинальное сопротивление мер сопротивления выбирают из условия R = 10n, где n – целое (положительное или отрицательное число). Меры изготовляют для воспроизведения сопротивлений от 10–5 до 1010Ом в следующих классов точности: 0,0005; 0,001; 0,005; 0,01; 0,02; 0,05; 0,1.
Мера индуктивности и взаимной индуктивности. Образцовые и рабочие меры индуктивности и взаимной индуктивности выполняют в виде катушек или магазинов. Основные требования, предъявляемые к мерам – неизменность индуктивности во времени и минимальное активное сопротивление в цепи переменного тока, а также минимальное влияние тока цепи и температуры на воспроизводимую индуктивность. Меры индуктивности изготовляют на номинальные значения: 0,0001; 0,001; 0,01; 0,1 и 1,0 Гн.
Выпускаемые меры взаимной индуктивности отличаются от мер индуктивности наличием двух катушек, жестко укрепленных на общем каркасе.
Мера емкости. Образцовыми и рабочими мерами емкости являются конденсаторы переменной и постоянной емкости с воздушным или слюдяным диэлектриком. Основные требования, предъявляемые к мерам емкости: минимальные изменения воспроизводимой емкости от колебаний частоты и температуры, а также минимальные диэлектрические потери, во многом определяемые видом и состоянием диэлектрика. Широкое распространение получили многозначные меры емкости, выполненные в виде магазинов и позволяющие воспроизводить емкость в пределах от 0,0001 до 1000 и более микрофарад.
Похожие статьи:
poznayka.org
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ - Легкое дело
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ, измерение электрических величин, таких, как напряжение, сопротивление, сила тока, мощность. Измерения производятся с помощью различных средств – измерительных приборов, схем и специальных устройств. Тип измерительного прибора зависит от вида и размера (диапазона значений) измеряемой величины, а также от требуемой точности измерения. В электрических измерениях используются основные единицы системы СИ: вольт (В), ом (Ом), фарада (Ф), генри (Г), ампер (А) и секунда (с).
ЭТАЛОНЫ ЕДИНИЦ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
Электрическое измерение – это нахождение (экспериментальными методами) значения физической величины, выраженного в соответствующих единицах (например, 3 А, 4 В). Значения единиц электрических величин определяются международным соглашением в соответствии с законами физики и единицами механических величин. Поскольку «поддержание» единиц электрических величин, определяемых международными соглашениями, сопряжено с трудностями, их представляют «практическими» эталонами единиц электрических величин. Такие эталоны поддерживаются государственными метрологическими лабораториями разных стран. Например, в США юридическую ответственность за поддержание эталонов единиц электрических величин несет Национальный институт стандартов и технологии. Время от времени проводятся эксперименты по уточнению соответствия между значениями эталонов единиц электрических величин и определениями этих единиц. В 1990 государственные метрологические лаборатории промышленно развитых стран подписали соглашение о согласовании всех практических эталонов единиц электрических величин между собой и с международными определениями единиц этих величин.
Электрические измерения проводятся в соответствии с государственными эталонами единиц напряжения и силы постоянного тока, сопротивления постоянному току, индуктивности и емкости. Такие эталоны представляют собой устройства, имеющие стабильные электрические характеристики, или установки, в которых на основе некоего физического явления воспроизводится электрическая величина, вычисляемая по известным значениям фундаментальных физических констант. Эталоны ватта и ватт-часа не поддерживаются, так как более целесообразно вычислять значения этих единиц по определяющим уравнениям, связывающим их с единицами других величин. См. также ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН.
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
Электроизмерительные приборы чаще всего измеряют мгновенные значения либо электрических величин, либо неэлектрических, преобразованных в электрические. Все приборы делятся на аналоговые и цифровые. Первые обычно показывают значение измеряемой величины посредством стрелки, перемещающейся по шкале с делениями. Вторые снабжены цифровым дисплеем, который показывает измеренное значение величины в виде числа. Цифровые приборы в большинстве измерений более предпочтительны, так как они более точны, более удобны при снятии показаний и, в общем, более универсальны. Цифровые универсальные измерительные приборы («мультиметры») и цифровые вольтметры применяются для измерения со средней и высокой точностью сопротивления постоянному току, а также напряжения и силы переменного тока. Аналоговые приборы постепенно вытесняются цифровыми, хотя они еще находят применение там, где важна низкая стоимость и не нужна высокая точность. Для самых точных измерений сопротивления и полного сопротивления (импеданса) существуют измерительные мосты и другие специализированные измерители. Для регистрации хода изменения измеряемой величины во времени применяются регистрирующие приборы – ленточные самописцы и электронные осциллографы, аналоговые и цифровые.
ЦИФРОВЫЕ ПРИБОРЫ
Во всех цифровых измерительных приборах (кроме простейших) используются усилители и другие электронные блоки для преобразования входного сигнала в сигнал напряжения, который затем преобразуется в цифровую форму аналого-цифровым преобразователем (АЦП). Число, выражающее измеренное значение, выводится на светодиодный (СИД), вакуумный люминесцентный или жидкокристаллический (ЖК) индикатор (дисплей). Прибор обычно работает под управлением встроенного микропроцессора, причем в простых приборах микропроцессор объединяется с АЦП на одной интегральной схеме. Цифровые приборы хорошо подходят для работы с подключением к внешнему компьютеру. В некоторых видах измерений такой компьютер переключает измерительные функции прибора и дает команды передачи данных для их обработки.
Аналого-цифровые преобразователи.
Существуют три основных типа АЦП: интегрирующий, последовательного приближения и параллельный. Интегрирующий АЦП усредняет входной сигнал по времени. Из трех перечисленных типов это самый точный, хотя и самый «медленный». Время преобразования интегрирующего АЦП лежит в диапазоне от 0,001 до 50 с и более, погрешность составляет 0,1–0,0003%. Погрешность АЦП последовательного приближения несколько больше (0,4–0,002%), но зато время преобразования – от
1 мс. Параллельные АЦП – самые быстродействующие, но и наименее точные: их время преобразования порядка 0,25 нс, погрешность – от 0,4 до 2%.
Методы дискретизации.
Сигнал дискретизируется по времени путем быстрого измерения его в отдельные моменты времени и удержания (сохранения) измеренных значений на время преобразования их в цифровую форму. Последовательность полученных дискретных значений может выводиться на дисплей в виде кривой, имеющей форму сигнала; возводя эти значения в квадрат и суммируя, можно вычислять среднеквадратическое значение сигнала; их можно использовать также для вычисления времени нарастания, максимального значения, среднего по времени, частотного спектра и т.д. Дискретизация по времени может производиться либо за один период сигнала («в реальном времени»), либо (с последовательной или произвольной выборкой) за ряд повторяющихся периодов.
Цифровые вольтметры и мультиметры.
Цифровые вольтметры и мультиметры измеряют квазистатическое значение величины и указывают его в цифровой форме. Вольтметры непосредственно измеряют только напряжение, обычно постоянного тока, а мультиметры могут измерять напряжение постоянного и переменного тока, силу тока, сопротивление постоянному току и иногда температуру. Эти самые распространенные контрольно-измерительные приборы общего назначения с погрешностью измерения от 0,2 до 0,001% могут иметь 3,5- или 4,5-значный цифровой дисплей. «Полуцелый» знак (разряд) – это условное указание на то, что дисплей может показывать числа, выходящие за пределы номинального числа знаков. Например, 3,5-значный (3,5-разрядный) дисплей в диапазоне 1–2 В может показывать напряжение до 1,999 В.
Измерители полных сопротивлений.
Это специализированные приборы, измеряющие и показывающие емкость конденсатора, сопротивление резистора, индуктивность катушки индуктивности или полное сопротивление (импеданс) соединения конденсатора или катушки индуктивности с резистором. Имеются приборы такого типа для измерения емкости от 0,00001 пФ до 99,999 мкФ, сопротивления от 0,00001 Ом до 99,999 кОм и индуктивности от 0,0001 мГ до 99,999 Г. Измерения могут проводиться на частотах от 5 Гц до 100 МГц, хотя ни один прибор не перекрывает всего диапазона частот. На частотах, близких к 1 кГц, погрешность может составлять лишь 0,02%, но точность снижается вблизи границ диапазонов частоты и измеряемых значений. Большинство приборов могут показывать также производные величины, такие, как добротность катушки или коэффициент потерь конденсатора, вычисляемые по основным измеренным значениям.
АНАЛОГОВЫЕ ПРИБОРЫ
Для измерения напряжения, силы тока и сопротивления на постоянном токе применяются аналоговые магнитоэлектрические приборы с постоянным магнитом и многовитковой подвижной частью. Такие приборы стрелочного типа характеризуются погрешностью от 0,5 до 5%. Они просты и недороги (пример – автомобильные приборы, показывающие ток и температуру), но не применяются там, где требуется сколько-нибудь значительная точность.
http://www.krugosvet.ru
legkoe-delo.ru
Электрические измерения
12.1 Значение электрических измерений
Объектами электрических измерений являются все электрические и магнитные величины: ток, напряжение, мощность, энергия, магнитный поток и т. д. Определение значений этих величин необходимо для оценки работы всех электротехнических устройств, чем и определяется исключительная важность измерений в электротехнике.
Электроизмерительные устройства широко применяются и для измерения неэлектрических величин (температуры, давления и т. д.), которые для этой цели преобразуются в пропорциональные им. электрические величины. Такие методы измерений известны под общим названием электрических измерений неэлектрических величин. Применение электрических методов измерений дает возможность относительно просто передавать показания приборов на дальние расстояния (телеизмерение), управлять машинами и аппаратами (автоматическое регулирование), выполнять автоматически математические операции над измеряемыми величинами, просто записывать (например, на ленту) ход контролируемых процессов и т. д. Таким образом, электрические измерения необходимы при автоматизации самых различных производственных процессов.
В Советском Союзе развитие электроприборостроения идет параллельно с развитием электрификации страны и особенно быстро после Великой Отечественной войны. Высокое качество аппаратуры и необходимая точность измерительных приборов, находящихся в эксплуатации, гарантируются государственным надзором за всеми мерами и измерительными приборами.
12.2 Меры, измерительные приборы и методы измерения
Измерение любой физической величины заключается в ее сравнении посредством физического эксперимента с принятым за единицу значением соответствующей физической величины. В общем случае для такого сопоставления измеряемой величины с мерой — вещественным воспроизведением единицы измерения — нужен прибор сравнения. Например, образцовая катушка сопротивления применяется как мера сопротивления совместно с прибором сравнения — измерительным мостом.
Измерение существенно упрощается, если есть прибор непосредственного отсчета (называемый также показывающим прибором), показывающий численное значение измеряемой величины непосредственно на шкале или циферблате. Примерами могут служить амперметр, вольтметр, ваттметр, счетчик электрической энергии. При измерении таким прибором мера (например, образцовая катушка сопротивления) не нужна, но мера была нужна при градуировании шкалы этого прибора. Как правило, у приборов сравнения выше точность и чувствительность, но измерение приборами непосредственного отсчета проще, быстрее и дешевле.
В зависимости от того, как получаются результаты измерения, различают измерения прямые, косвенные и совокупные.
Если результат измерения непосредственно дает искомое значение исследуемой величины, то такое измерение принадлежит к числу прямых, например измерение тока амперметром.
Если измеряемую величину приходится определять на основании прямых измерений других физических величин, с которыми измеряемая величина связана определенной зависимостью, то измерение относится к косвенным. Например, косвенным будет измерение, сопротивления элемента электрической цепи при измерении напряжения вольтметром и тока амперметром.
Следует иметь в виду, что при косвенном измерении возможно существенное снижение точности по сравнению с точностью при прямом измерении из-за сложения погрешностей прямых измерений величин, входящих в расчетные уравнения.
В ряде случаев конечный результат измерения выводился из результатов нескольких групп прямых или косвенных измерений отдельных величин, причем исследуемая величина зависит от измеренных величин. Такое измерение называют совокупным. Например, к совокупным измерениям относится определение температурного коэффициента электрического сопротивления материала на основании измерения сопротивления материала при различных температурах. Совокупные измерения характерны для лабораторных исследований.
В зависимости от способа применения приборов и мер принято различать следующие основные методы измерения: непосредственного измерения, нулевой и дифференциальный.
При пользовании методом непосредственного измерения (или непосредственного отсчета) измеряемая величина определяется путем
непосредственного отсчета показания измерительного прибора или непосредственного сравнения с мерой данной физической величины (измерение тока амперметром, измерение длины метром). В этом случае верхним пределом точности измерения является точность измерительного показывающего прибора, которая не может быть очень высокой.
При измерении нулевым методом образцовая (известная) величина (или эффект ее действия) регулируется и значение ее доводится до равенства со значением измеряемой величины (или эффектом ее действия). При помощи измерительного прибора в этом случае лишь добиваются равенства. Прибор должен быть высокой чувствительности, и он именуется нулевым прибором или нуль-индикатором. В качестве нулевых приборов при постоянном токе обычно применяются магнитоэлектрические гальванометры (см. § 12.7), а при переменном токе — электронные нуль-индикаторы. Точность измерения нулевым методом очень высока и в основном определяется точностью образцовых мер и чувствительностью нулевых приборов. Среди нулевых методов электрических измерений важнейшими являются мостовые и компенсационные.
Еще большая точность может быть достигнута при дифференциальных методах измерения. В этих случаях измеряемая величина уравновешивается известной величиной, но до полного равновесия измерительная цепь не доводится, а путем прямого отсчета измеряется разность измеряемой и известной величин. Дифференциальные методы применяются для сравнения двух величин, значения которых мало отличаются один от другого.
studfiles.net
Электрические измерения - часть 2
Таблица 1.3 – Ряд тока и напряжения (ГОСТ 2.750-68)
Таблица 1.4 – Электроизмерительные приборы (ГОСТ 2.729-68)
Лабораторная работа № 2 Исследование неразветвленной и разветвленной электрических цепей постоянного тока
Цель работы: опытная проверка законов Кирхгофа и баланса мощностей в цепях постоянного тока с последовательным и параллельным соединением сопротивлений, построение потенциальной диаграммы.
Теоретические сведения
Электрической цепью называют совокупность устройств, соединенных между собой определенным образом, и образующих путь для электрического тока. В состав цепи могут входить источники электрической энергии, токоприемники, соединительные провода, аппараты управления, защиты и сигнализации, электроизмерительные приборы и т.п. В цепи постоянного тока получение электрической энергии в источниках, ее передача и преобразование в приемниках происходит при неизменных (постоянных) во времени токах и напряжениях.
Любой реальной электрической цепи соответствует эквивалентная схема. Схемой цепи является графическое изображение электрической цепи, содержащее условные обозначения ее элементов и показывающее их соединение. Геометрическая конфигурация схемы характеризуется понятиями ветвь, узел и контур. Ветвь – это участок электрической цепи, вдоль которого протекает один и тот же ток. Узел – это точка соединения трех и более ветвей. Контур – это любой замкнутый путь, образованный ветвями и узлами. Независимым называется контур, который отличается от других контуров схемы одной или несколькими ветвями. Электрическая схема рисунок 2.1 содержит три ветви, два узла и три контура, из которых два любых контура – независимые, а третий – зависимый.
Для анализа и расчета электрических цепей используют законы Ома и Кирхгофа. К узлам схемы применим 1 закон Кирхгофа, согласно которому алгебраическая сумма токов в любом узле электрической цепи равна нулю
(2.1)При этом токи, текущие к узлу цепи, следует брать с одним знаком, а токи, текущие от узла – с другим знаком, например, для узла-а (см. рис. 2.1) с учетом принятых условно положительных направлений токов в ветвях цепи
I1 – I2 + I3 = 0
К контурам схемы применим 2 закон Кирхгофа, согласно которому алгебраическая сумма э.д.с. в любом замкнутом контуре равна алгебраической сумме падений напряжений на элементах этого контура
EК = IК RК , (2.2)где Rк – сопротивление контура.
Рисунок 2.1 – Пример схемы электрической цепи
Так для контура 1 (рисунок 2.1)
Е1 = I1 R1 + I2 R2 ,
для контура 3
E1 – E3 = I1 R1 + I3 R3
При обходе контура э.д.с. и токи, направления которых совпадают с принятым направлением обхода, следует считать положительными, а э.д.с. и токи, направленные встречно обходу – отрицательными. Элементы электрической цепи могут быть соединены между собой последовательно, параллельно, в треугольник, в звезду или более сложные схемы. Последовательным соединением сопротивлений называется такая неразветвленная цепь, когда к концу одного сопротивления присоединяется начало второго, к концу второго – начало третьего сопротивления и т.д. В результате, ток протекает последовательно по всем элементам замкнутого контура (рисунок 2.2), не изменяя своей величины.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
комментарии
скачать[зарегистрируйтесь]
ДОБАВИТЬ КОММЕНТАРИЙ [можно без регистрации]перед публикацией все комментарии рассматриваются модератором сайта - спам опубликован не будет
Хотите опубликовать свою статью или создать цикл из статей и лекций?Это очень просто – нужна только регистрация на сайте.
mirznanii.com
Видеоматериалы
Опыт пилотных регионов, где соцнормы на электроэнергию уже введены, показывает: граждане платить стали меньше
Подробнее...С начала года из ветхого и аварийного жилья в республике были переселены десятки семей
Подробнее...Более 10-ти миллионов рублей направлено на капитальный ремонт многоквартирных домов в Лескенском районе
Подробнее...Актуальные темы
ОТЧЕТ о деятельности министерства энергетики, ЖКХ и тарифной политики Кабардино-Балкарской Республики в сфере государственного регулирования и контроля цен и тарифов в 2012 году и об основных задачах на 2013 год
Подробнее...Предложения организаций, осуществляющих регулируемую деятельность о размере подлежащих государственному регулированию цен (тарифов) на 2013 год
Подробнее...
КОНТАКТЫ
360051, КБР, г. Нальчик
ул. Горького, 4
тел: 8 (8662) 40-93-82
факс: 8 (8662) 47-31-81
e-mail:
Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
