Презентация на тему Глава 11.Электрические измерения и приборы.

измерения имеют исключительно боль­шое значение, но особенно важны они

в электротехнике.
     Механические, тепловые, световые явления человек ощущает при помощи своих органов чувств. Мы, хотя и приблизительно, можем оценить размеры предметов, скорость их движения, яркость светящихся тел. Долгое время именно так люди изучали звездное небо.
     Но мы с вами совершенно одинаково реагируем на проводник, ток которого равен 10 мА или 1 А (т. е. в 100 раз больше).
    Мы видим форму проводника, его цвет, но наши органы чувств не позволяют оценить величину тока. Точно так же мы совершенно равнодушны к магнитному полю, созданному катушкой, электри­ческому полю между обкладками конденсатора. Медицина устано­вила определенное влияние электрических и магнитных полей на организм человека, но это влияние мы не ощущаем, и величину электромагнитного поля оценить не можем.
    Исключение составляют только очень сильные поля. Но и здесь неприятное покалывание, которое можно заметить, гуляя око высоковольтной линии передачи, не позволит нам даже приблизительно оценить величину электрического напряжения в линии.
   Все это заставило физиков и инженеров с первых шагов исследования и применения электричества пользоваться электроизмерительными приборами.
   Приборы - глаза и уши инженера-электрика. Без них он глух и слеп и совершенно беспомощен. Миллионы электроизмерительных приборов установлены на заводах, в научно-исследовательских ла­бораториях. В каждой квартире тоже есть измерительный прибор - электрический счетчик.
     Показания (сигналы) электроизмерительных приборов исполь­зуют для оценки работы различных электротехнических устройств и состояния электрооборудования, в частности состояния изоляции. Электроизмерительные приборы отличаются высокой чувствительностью, точностью измерений, надежностью и простотой исполне­ния.
     Успехи электроприборостроения привели к тому что его услугами стали пользоваться и другие отрасли. Электрические методы стали при­менять для определения размеров, скоростей, массы, температуры. Появилась даже самостоятельная дисциплина “Электрические изме­рения неэлектрических величин”.
    Показания электроизмерительных приборов можно передавать на дальние расстояния (телеизмерение), они могут использоваться для непосредственного воздействия на производственные процессы (ав­томатическое регулирование); с их помощью регистрируют ход кон­тролируемых процессов, например путем записи на ленте и т.д.
      Применение полупроводниковой техники существенно расши­рило применение электроизмерительных приборов.
      Измерить какую-либо физическую величину - значит найти ее значение опытным путем с помощью специальных технических средств.
     Стендовые испытания новейшего оборудования немыслимы без электрических измерений.Так, при испытании турбогенератора мощностью 1200 МВт на заводе “Электросила” измерения производились в 1500 его точках.
      Развитие электроизмерительных приборов привело к использо­ванию в них микроэлектроники, что позволяет измерять физичес­кие величины с погрешностью не более 0,005-0,0005 %.

проверки экспери­ментом недостоверны. Измерительная техника при эксперименте дает результаты,

которые указывают на качество и количество про­дукции, правильность ведения технологических процессов, распре­деления, потребления и изготовления. При этом электрические из­мерения за счет малого потребления энергии, возможности передачи измерительных величин на расстояние, большой скорости измере­ний и передачи, а также высокой точности и чувствительности ока­зались предпочтительнее.
      Электрические измерения и приборы, методы и средства обес­печения их единства, способы достижения требуемой точности - все это относится к метрологии, а принципы и методы установления оптимальных норм и правил взаимодействия - к стандартизации.
      В Российской Федерации стандартизация и метрология объедине­ны в единой государственной службе - Государственном комитете стандартов. В 1963 г. ГОСТ 9867-61 ввел Международную систему единиц (СИ) на базе метра (м), килограмма (кг), секунды (с), ам­пера (А), кельвина (К) и канделы (кд).
      Вопросы электрических измерений и приборов проще воспри­нимаются, если известны содержание терминов и определений.
Метрология - наука об измерениях, методах и средствах обеспе­чения их единства, способах достижения требуемой точности.
Измерение - нахождение значения физической величины опыт­ным путем с помощью специальных технических средств.
Результат измерения - значение физической величины, найден­ной путем измерения.
Мера - средство измерений, предназначенное для воспроизве­дения физической величины заданного размера (например, едини­цы измерения света - кд).
Измерительный преобразователь - средство измерений для выра­ботки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки (или хранения), но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем. Первичный измерительный преобразователь - датчик.
Измерительный прибор - средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, дос­тупной для непосредственного восприятия наблюдателем.

существуют свои средства измерений, так называемые меры. Например, мерами ЭДС

служат нормальные элементы, мерами электрического сопротивления - измерительные резисторы, мерами индуктивности измерительные катушки индуктивности, мерами электрической емкости - конденсаторы постоянной емкости и т. д.
      На практике для измерения различных физических величин применяют различные методы. Последние в зависимости от способа получения результата делятся на прямые и косвенные. При прямом измерении значение величины получают непосредственно из опыт­ных данных. При косвенном измерении искомое значение величины находят путем подсчета с использованием известной зависимости между этой величиной и величинами, получаемыми на основании прямых измерений. Так, определить сопротивление участка цепи можно путем измерения протекающего по нему тока и приложенно­го напряжения с последующим подсчетом этого сопротивления из закона Ома. Наибольшее распространение в электроизмерительной технике получили методы прямого измерения, так как они обычно проще и требуют меньших затрат времени.
      В электроизмерительной технике используют также метод срав­нения, в основе которого лежит сравнение измеряемой величины с воспроизводимой мерой. Метод сравнения может быть компенса­ционным и мостовым. Примером применениякомпенсационного метода служит измерение напряжения путем сравнения его значе­ния со значением ЭДС нормального элемента. Примером мостово­го метода является измерение сопротивления с помощью четырех-плечной мостовой схемы. Измерения компенсационным и мостовым методами очень точные, но для их проведения требуется более сложная измерительная техника.
      При любом измерении неизбежны погрешности, т. е. отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величи­ны, которые обусловливаются, с одной стороны, непостоянством параметров элементов измерительного прибора, несовершенством измерительного механизма (например, наличием трения и т. д.), влиянием внешних факторов (наличием магнитных и электричес­ких полей), изменением температуры окружающей среды и т. д., а с другой стороны - несовершенством органов чувств человека и другими случайными факторами. Разность между показанием при­бора АП и действительным значением измеряемой величины AD выражается в единицах измеряемой величины и называется абсолютной погрешностью измерения:

например, стрелочных измерительных приборов, весьма неудобно, так как для

них абсолютная погрешность вдоль всей шкалы практически постоянная, поэтому с уменьшением зна­чения измеряемой величины растет относительная погрешность (1). Рекомендуется при работе со стрелочными приборами выбирать пределы измерения величины так, чтобы не пользоваться началь­ной частью шкалы прибора, т.е. отсчитывать показания по шкале ближе к ее концу.
      Точности измерительных приборов оценивают по приведенным погрешностям, т. е. по выраженному в процентах отношению абсо­лютной погрешности к нормирующему значению AН :




      Нормирующим значением измерительного прибора называется ус­ловно принятое значение измеряемой величины, могущее быть рав­ным верхнему пределу измерений, диапазону измерений, длине шкалы и др.
      Погрешности приборов подразделяют на основную, присущую прибору при нормальных условиях применения вследствие несовер­шенства его конструкции и выполнения, и дополнительную, обусловленную влиянием на показания прибора различных внешних фак­торов.
      Нормальными рабочими условиями считают температуру окружающей среды 20±5°С при относительной влажности воздухе 65±15%, атмосферном давлении 750±30 мм.рт.ст., в отсутствие вне­шних магнитных полей, при нормальном рабочем положении прибора и т. д. В условиях эксплуатации, отличных от нормальных, в электроизмерительных приборах возникают дополнительные погрешности, которые представляют собой изменение действительного значения меры (или показания прибора), возникающее при отклонении одного из внешних факторов за пределы, установленые для нормальных условий.
      Допустимое значение основной погрешности эпектроизмерительного прибора служит основанием для определения егокласса точности. Так, электроизмерительные приборы по степени точности подразделяются на восемь классов: 0.05; 01; 0.2; 0.5; 1.0; 1.5; 2.5; 4.0, причем цифра, обозначающая класс точности, указывает на наибольшее допустимое значение основной погрешности прибора (в процентах). Класс точности указывается на шкале каждого измерительного прибора и представляет собой жирно выделенную или об­веденную кружком цифру.
      Шкалу прибора разбивают на деления. Цена деления (или постоянная прибора) есть разность значений величины, которая соответствует двум соседним отметкам шкалы. Определение цены деления, например вольтметра и амперметра, производят следующим образом:
            СU = UH / N           - число вольт, приходящееся на одно деление шкалы;
            CI  =  IH / N              - число ампер, приходящееся на одно деление шкалы;
                           N              - число делений шкалы соответствующего прибора.
      Но иногда встречаются приборы с неравномерно разбитой по делениям шкалой, цену деления нужно определять на участке шкалы, например, цену маленьких делений определяют на участке между большими делениями с цифровой разметкой.
      Важной характеристикой прибора является чувствительность S, которую, например, для вольтметра SU амперметраSI определя­ют следующим образом:                 
            SU = N /UH              - число делений шкалы, при­ходящееся на 1 В;
            SI = N / IH               - число делений шкалы, приходящее­ся на 1 А.
      Другой важной метрологической характеристикой прибора явля­ется его надежность - способность сохранять заданные характери­стики при определенных условиях работы в течение заданного вре­мени. Количественной мерой надежности является вероятность безотказной работы (ВБР) - вероятность того, что в течение опре­деленного времени Тнепрерывной работы не произойдет ни одно­го отказа. Так, амперметры и вольтметры типа Э8027 имеют мини­мальное значение ВБР 0,96 за 2000 ч непрерывной работы. Иными словами, из 100 таких приборов за 2000 часов непрерывной работы лишь 4 будут нуждаться в ремонте.

системы основан на механизме втягивания подвижного ферромагнитного сердечника внутрь

неподвижной катушки под действием ее магнитно поля, создаваемого в катушке проходящим через нее измеряемым током. Наиболее широко распространены электромагнитные приборы с плоской катушкой (рис. 3.1).
     Прибор состоит из прямоугольной неподвижной катушки 4 через которую проходит измеряемый ток. Катушка имеет узкую щель, в которую может входить сердечник, выполненный в виде тонкого лепестка 3 из магнитомягкой стали и закрепленной эксцентрично на оси 7 прибора. К этой же оси прикреплены указательная стрелка 2, спиральная пружина 5 и балансировочные грузы 6 и (или) может крепиться поршень воздушного успокоителя. Концы оси прибора удерживаются в подшипниках. Ток I проходя через витки катушки, создает магнитный поток, который, намагничивая стальной сердечник, втягивает его в катушку, причем тем сильнее, чем больше магнитная индукция поля катушки. При втягивании стального сердечника ось прибора отклоняется и стрелка отклоняется на некоторый угол α.

на взаимодействии проводников с токами. Известно, что два проводника

с токами взаимно отталкиваются, если токи в них имеют одинаковое направление, и взаимно притягиваются при различ­ном направлении токов.

















 Прибор этой системы (рис. 3.2) состоит из двух катушек: непод­вижной 3, состоящей из двух секций, которые соединены между собой последовательно, и подвижной 5, закрепленной на оси 4 и вращающейся на ней внутри неподвижной катушки. Ток к подвиж­ной катушке подводят через закрепленные на оси спиральные пру­жинки 6, которые одновременно создают противодействующий мо­мент MПР пропорциональный углу закручивания α . При этом пружина электрически изолирована от оси. На оси подвижной катуш­ки закреплены также указательная стрелка 2 и крыло воздушного ус­покоителя (на рис. не показан). Для повышения класса точности при­бора и его чувствительности обмотку подвижной катушки выполняют из тонкой изолированной проволоки на ток не более 0,5 А.

различных электрических величин.