Электрические измерения и приборы 1 Измерительные механизмы аналоговых

Электрические измерения и приборы 1. Измерительные механизмы аналоговых приборов 2. Методы измерения параметров электрических цепей

Погрешности измерений электрических величин Разность между измеренным и действительным значениями контролируемой величины называется абсолютной погрешностью: Абсолютная погрешность измерения определяется систематическими и случайными погрешностями прибора, а также ошибками оператора.

Систематические погрешности возникают вследствие влияния внешних условий (температура, радиация, внешние электромагнитные поля), несовершенства метода измерения, несовершенства измерительного прибора. Случайные погрешности возникают вследствие факторов, неподдающихся непосредственному учёту Ошибки оператора проявляются в записи, определении цены деления прибора и др. На практике за действительное значение измеряемой величины принимается величина, измеряемая образцовым прибором. Абсолютная погрешность не даёт полного представления о точности измерения.

Относительная погрешность измерения представляет собой отношение абсолютной погрешности к действительному значению измеряемой величины, выраженное в процентах: Под приведённой погрешностью прибора понимают выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности данного прибора к предельному значению измеряемой величины, на которое рассчитан прибор:

В зависимости от величины приведённой погрешности электроизмерительные приборы подразделяются на 8 классов точности: 0, 05; 0, 1; 0, 2; 0, 5; 1, 0; 1, 5; 2, 5; 4, 0. Цифра, обозначающая класс точности, определяет наибольшую приведённую погрешность, которую имеет данный прибор.

1. Измерительные механизмы аналоговых приборов

Общие принципы конструктивного исполнения стрелочных приборов Независимо от принципа действия, рода измеряемой величины и степени точности все стрелочные электроизмерительные приборы состоят из следующих основных частей: - подвижной системы и укреплённой на ней стрелкойуказателем; - неподвижной части; - устройства для создания противодействующего момента; - корректора для установки стрелки на нуль; - успокоителя (демпфера); - шкалы с делениями; - соединительных проводников, выводов, зажимов.

Подвижная система в процессе измерения поворачивается по отношению к неподвижной на угол, зависящий от измеряемой величины. Поворот подвижной системы происходит под действием вращающего момента возникающего как следствие одного из проявлений , электрического тока. Способ создания вращающего момента определяет принцип действия прибора. Для ограничения угла поворота подвижной системы к ней прикладывается противодействующий момент величина которого возрастает по мере увеличения угла поворота до величины уравновешивания с вращающим моментом.

где коэффициент пропорциональности, жесткости пружин. зависящей от В большинстве случаев противодействующий момент создаётся при помощи спиральных пружин из фосфористой бронзы.

Шкалы электроизмерительных приборов бывают равномерные и неравномерные, односторонние и двухсторонние.

Ценой деления называется количество единиц измеряемой величины (ток, напряжение, мощность, сопротивление и т. п. ), приходящееся на одно деление шкалы. где -предельное значение измеряемой величины; - количество делений шкалы.

Приборы магнитоэлектрической системы Принцип действия приборов магнитоэлектрической системы основан на взаимодействии поля постоянного магнита и магнитного поля катушки (рамки), по которой проходит ток. Возникает вращающий момент Тогда В радиальном магнитном поле , следовательно,

Вращение продолжается до наступления равновесия между вращающим и противодействующим моментами или Откуда Угол поворота рамки, а, следовательно, и стрелки прямо пропорционален величине тока. Поэтому шкала приборов магнитоэлектрической системы равномерная.

Достоинства приборов магнитоэлектрической системы: - высокая точность; - сильный вращающий момент, обеспечивающий высокую чувствительность; - малое потребление мощности; - равномерная шкала; - малая зависимость показаний от воздействия внешних магнитных полей; -хорошее успокоение подвижной части. Недостатки: - невозможность измерений в цепях переменного тока; - недостаточная перегрузочная способность.

Приборы электромагнитной системы В основе работы приборов электромагнитной системы лежит принцип механического взаимодействия магнитного поля и ферромагнитного материала – втягивание ферромагнитного сердечника в катушку, по которой проходит измеряемый ток. Ток, проходя по виткам катушки, создаёт магнитное поле, энергия которого Вращающий момент представляет собой скорость изменения энергии магнитного поля катушки при втягивании в неё ферромагнитного сердечника

Следовательно, и угол поворота подвижной части прибора пропорционален квадрату величины тока. Поэтому шкала прибора электромагнитной системы квадратичная. Достоинства приборов: - простота, дешевизна, надёжность; - очень высокая перегрузочная способность; - малая зависимость точность показаний от температуры; -пригодность для измерения постоянных и переменных токов. Недостатки: - низкая чувствительность; - недостаточно высокая точность измерений; - чувствительность к внешним магнитным полям; - неравномерность шкалы; - большое потребление мощности.

Приборы электродинамической системы Предназначены для измерения тока, напряжения и мощности в цепях постоянного и переменного тока. Принцип действия основан на взаимодействии магнитных полей, создаваемых током, проходящим по обмоткам двух катушек – подвижной и неподвижной. Обмотки катушек в зависимости от назначения прибора соединяются различным образом: - в вольтметрах и миллиамперметрах – последовательно; - в амперметрах - параллельно; - в ваттметрах неподвижная обмотка (токовая) – последовательно, а подвижная – параллельно потребителю.

Вращающий момент зависит от токов в катушках и их взаимного расположения. Поэтому Достоинства: - высокая точность; - пригодность для измерения постоянных и переменных токов; -равномерность шкалы при измерении мощности. Недостатки: - зависимость показаний от внешних магнитных полей; - слабая перегрузочная способность; - неравномерность шкалы у амперметров и вольтметров; - большая потребляемая мощность; - высокая стоимость.

Приборы индукционной системы

2. Методы измерения параметров электрических цепей Для измерения тока в какой-либо ветви электрической цепи амперметр включается последовательно с её элементами Чтобы включение амперметра не искажало режима работы электрической цепи, его сопротивление должно быть возможно малым.

Вольтметр включают параллельно той ветви электрической цепи, напряжение на которой необходимо измерить Чтобы включение вольтметра не приводило к изменению токов в цепи, его сопротивление должно быть значительно больше сопротивления ветви, параллельно которой подключён измерительный прибор.

Для измерения мощности в цепях постоянного и однофазного переменного токов неподвижную (амперметровую; токовый зажим I) обмотку ваттметра включают в цепь последовательно, подвижную (вольтметровую; зажим напряжения U) – параллельно потребителю. Два зажима, помеченные точками, называют генераторными.

Неизвестное сопротивление может быть найдено методом «амперметра и вольтметра» с использованием закона Ома. Схема для измерения больших сопротивлений Схема для измерения малых сопротивлений

Расширение пределов измерения приборов непосредственной оценки Для увеличения пределов измерения амперметров применяются шунты, которые включаются параллельно амперметрам.

Коэффициент расширения пределов измерения амперметром Сопротивление шунта

Для расширения пределов измерения вольтметров применяются добавочные резисторы, которые включаются последовательно с вольтметрами.

Коэффициент расширения пределов измерения вольтметром Добавочное сопротивление