Схемы включения электроизмерительных приборов в электрическую цепь. Тема: Электроизмерительные приборы и измерения электрических величин

Cтраница 1

Подключение измерительных приборов к точке, в которой проводится измерение, в машинах небольшого объема осуществляется вручную, путем вставления штеккера с входным проводом измерительного прибора в соответствующее гнездо наборного поля.  

Подключение измерительного прибора к отрезку линии практически создает короткое замыкание. Входное сопротивление линейного вольтметра оказывается очень большим, и он не оказывает заметного влияния на цепь, в которой измеряется напряжение.  

Подключение измерительных приборов к точке, в которой производится измерение, в машинах небольшого объема осуществляется вручную включением штеккера с входным проводом-измерительного прибора в соответствующее гнездо наборного поля.  

Подключение измерительного прибора к электронной цепи может нарушить процессы, происходящие в измеряемой цепи, а неправильный выбор прибора может быть причиной ошибочных измерений. Степень вносимых измерительными приборами искажений надо оценивать; для этого нужно знать параметры входных цепей используемых приборов.  

Расчет к. п. д. двухтактного оконечного каскада УНЧ.

Подключение измерительного прибора к электронной цепи может нарушить процессы, происходящие в измеряемой цепи, а неправильный выбор прибора может быть причиной ошибочных измерений. Степень вносимых измерительными приборами искажений надо оценивать, поэтому нужно знать параметры входных цепей используемых приборов.  

Подключение измерительного прибора к электронной цепи может нарушить происходящие в ней процессы, а неправильный выбор прибора стать причиной ошибочных результатов измерений. Степень вносимых измерительными приборами искажений необходимо оценивать, поэтому следует знать параметры входных цепей используемых приборов. Так, влияние входной цепи прибора уменьшается с уменьшением его входной емкости и увеличением входного активного сопротивления. При каждом измерении появляется некоторая ошибка - погрешность, определяемая как отклонение измеренного значения от истинного.  

ЛЕКЦИЯ № 1

Тема: ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

1. Общие сведения об электроизмерительных приборах

Электроизмерительные приборы предназначены для измерения различных величин и параметров электрической цепи: напряжения, силы тока, мощности, частоты, сопротивления, индуктивности, емкости и других.

На схемах электроизмерительные приборы изображаются условными графическими обозначениями в соответствии с ГОСТ 2.729-68. На рис.1.1 приведены общие обозначения показывающих и регистрирующих приборов.

Рис. 1.1 Условные графические обозначения электроизмерительных приборов.

Для указания назначения электроизмерительного прибора в его общее обозначение вписывают конкретизирующее условное обозначение, установленное в стандартах, или буквенное обозначение единиц измерения прибора согласно ГОСТ в соответствии с табл.1.1.

Таблица 1.1

Наименование единицы измерения	Условное обозначение	Наименование единицы измерения	Условное обозначение
		Миллиампер
		Микроампер
		Милливольт
		Киловатт
Коэффициент мощности

2. Электромеханические измерительные приборы

По принципу действия электромеханические приборы подразделяются на приборы магнитоэлектрической, электромагнитной, ферродинамической, индукционной, электростатической систем. Условные обозначения систем приведены в табл. 1.2. Наибольшее распространение получили приборы первых трех типов: магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические.

Таблица 1.2

Тип прибора	Условное обозначение	Род измеряемого тока	Достоинства	Недостатки
электрический		Постоянный	Высокая точность, равномерность шкалы	Неустойчив к перегрузкам
магнитный		Переменный постоянный	Простота устройства, к перегрузкам устойчив	Низкая точность, чувствителен к помехам
динамический		Переменный постоянный	Высокая точность	Низкая чувствительность, чувствителен к помехам
Индукционный		Переменный	Высокая надежность, к перегрузкам устойчив	Низкая точность

3. Области применения электромеханических приборов

Магнитоэлектрические приборы: щитовые и лабораторные амперметры и вольтметры; нулевые индикаторы при измерениях в мостовых и компенсационных цепях.

В промышленных установках переменного тока низкой частоты большинство амперметров и вольтметров - приборы электромагнитной системы. Лабораторные приборы класса 0,5 и точнее могут изготовляться для измерения постоянного и переменного токов и напряжения.

Электродинамические механизмы используются в лабораторных и образцовых, приборах для измерения постоянных и переменных токов, напряжений и мощностей.

Индукционные приборы на базе индукционных механизмов используют главным образом в качестве одно - и трехфазных счетчиков энергии переменного тока. По точности счетчики подразделяются на классы 1,0; 2,0; 2,5. Счетчик СО (счетчик однофазный) используют для учета активной энергии (ватт-часов) в однофазных цепях. Для измерения активной энергии в трехфазных цепях применяют двухэлементные индуктивные счетчики, счетный механизм которых учитывает киловатт-часы. Для учета реактивной энергии служат специальные индуктивные счетчики, имеющие некоторые изменения в устройстве обмоток или в схеме включения.

Активные и реактивные счетчики устанавливают на всех предприятиях для расчета с энергоснабжающими организациями за используемую электроэнергию.

Принцип выбора измерительных приборов

1.Определяют расчетом цепи максимальные значения тока, напряжения и мощности в цепи. Часто значения измеряемых величин известны заранее, например, напряжение сети или аккумуляторной батареи .

2. В зависимости от рода измеряемой величины, постоянного или переменного тока, выбирают систему прибора. Для технических измерений постоянного и переменного тока выбирают соответственно магнитоэлектрическую и электромагнитную системы. При лабораторных и точных измерениях для определения постоянных токов и напряжений применяют магнитоэлектрическую систему, а для переменного тока и напряжения - электродинамическую систему.

3. Выбирают предел измерения прибора таким образом, чтобы
измеряемая величина находилась в последней, третьей части шкалы
прибора.

4. В зависимости от требуемой точности измерения выбирают класс
точности прибора.

4. Способы включения приборов в цепь

Амперметры включают в цепь последовательно с нагрузкой, вольтметры - параллельно, ваттметры и счетчики, как имеющие две обмотки (токовую и напряжения), включают последовательно – параллельно (Рис. 1.2.).

DIV_ADBLOCK11">

http://pandia.ru/text/78/613/images/image016_8.gif" width="393" height="313 src=">

Рис. 1.3. Способы расширения пределов измерения приборов.

Цена деления многопредельных амперметров, вольтметров, ваттметров определяется по формуле:

П" в старшем разряде) и изменить полярность входного сигнала при мигании знака "-" в старшем разряде.

Погрешность измерения мультиметра ВР-11 А.

Постоянное напряжение: ±(0,5% Ux +4 зн.).

Переменное напряжение: ±(0,5% Ux + 10 зн.),

где Ux - показание прибора;

зн. - единица младшего разряда.

Достоинства электронных приборов: высокое входное сопротивление, что позволяет проводить измерения без влияния на цепь; широкий диапазон измерений, высокая чувствительность, широкий частотный диапазон, высокая точность измерений.

6. Погрешности измерений и измерительных приборов

Качество средств и результатов измерений принято характеризовать указанием их погрешностей. Разновидностей погрешностей около 30. Определения им даны в литературе по измерениям. Следует иметь в виду, что погрешности средств измерений и погрешности результатов измерений - понятия не идентичные. Исторически часть наименований разновидности погрешностей закрепилась за погрешностями средств измерений, другая за погрешностями результатов измерений, а некоторые применяются по отношению и к тем, и к другим.

Способы представления погрешности следующие.

В зависимости от решаемых задач используются несколько способов представления погрешности, чаще всего используются абсолютная, относительная и приведенная.

Абсолютная погрешность – измеряется в тех же единицах что и измеряемая величина. Характеризует величину возможного отклонения истинного значения измеряемой величины от измеренного.

Относительная погрешность – отношение абсолютной погрешности к значению величины. Если мы хотим определить погрешность на всем интервале измерений, мы должны найти максимальное значение отношения на интервале. Измеряется в безразмерных единицах.

Класс точности – относительная погрешность, выраженная в процентах. Обычно значения класса точности выбираются из ряда: 0,1; 0,5: 1,0; 1,5; 2,0; 2,5 и т. д.

Понятия абсолютной и относительной погрешностей применяют и к измерениям, и к средствам измерения, а приведенная погрешность оценивает только точность средств измерения.

Абсолютная погрешность измерения - это разность между измеренным значением х и ее истинным значением хи:

Обычно истинное значение измеряемой величины неизвестно, и вместо него в (1.1) подставляют значение величины, измеряемой более точным прибором, т. е. имеющим меньшую погрешность, чем прибор, дающий значение х. Абсолютная погрешность выражается в единицах измеряемой величины. Формулой (1.1) пользуются при поверке измерительных приборов.

Относительная погрешность http://pandia.ru/text/78/613/images/image020_7.gif" width="99" height="45"> (1.2)

По относительной погрешности измерения проводят оценку точности измерения.

Приведенная погрешность измерительного прибора определяется как отношение абсолютной погрешности к нормирующему значению xn и выражается в процентах:

(1.3)

Нормирующее значение обычно принимают равным верхнему пределу рабочей части шкалы, у которой нулевая отметка находится на краю шкалы.

Приведенная погрешность определяет точность измерительного прибора, не зависит от измеряемой величины и имеет единственное значение для данного прибора. Из (1..gif" width="15" height="19 src="> тем больше, чем меньше измеряемая величина х по отношению к пределу измерения прибора хN.

Многие измерительные приборы различаются по классам точности. Класс точности прибора G - обобщенная характеристика, которая характеризует точность прибора, но не является непосредственной характеристикой точности измерения, выполняемого с помощью данного прибора.

Класс точности прибора численно равен наибольшей допустимой приведенной основной погрешности, вычисленной в процентах. Для амперметров и вольтметров установлены следующие классы точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0; 5,0. Эти числа наносятся на шкалу прибора. Например, класс 1 характеризует гарантированные границы погрешности в процентах (± 1%, например, от конечного значения 100 В, т. е. ±1В) в нормальных условиях эксплуатации.

По международной классификации приборы с классом точности 0,5 и точнее считаются точными или образцовыми, а приборы с классом точности 1,0 и грубее - рабочими. Все приборы подлежат периодической поверке на соответствие метрологических характеристик, в том числе и класса точности, их паспортным значениям. При этом образцовый прибор должен быть точнее поверяемого через класс, а именно: поверка прибора с классом точности 4,0 проводится прибором с классом точности 1,5, а поверка прибора с классом точности 1,0 проводится прибором с классом точности 0,2.

Поскольку на шкале прибора приводится и класс точности прибора G, и предел измерения XN, то абсолютная погрешность прибора определяется из формулы (1.3):

http://pandia.ru/text/78/613/images/image019_7.gif" width="15 height=19" height="19"> с классом точности прибора G выражается формулой:

откуда следует, что относительная погрешность измерения равна классу точности прибора только при измерении предельной величины на шкале, т. е. когда х = XN. С уменьшением измеряемой величины относительная погрешность возрастает. Во сколько раз XN > х, во столька раз > G. Поэтому рекомендуется выбирать пределы измерения показывающего прибора так, чтобы отсчитывать показания в пределах последней трети шкалы, ближе к ее концу.

7. Представление результата измерений при однократных измерениях

Результат измерения состоит из оценки измеряемой величины и погрешности измерения, характеризующей точность измерения. По ГОСТ 8.011-72 результат измерения представляют в форме:

где А - результат измерения;

Абсолютная погрешность прибора;

Р - вероятность, при статистической обработке данных.

При этом А и http://pandia.ru/text/78/613/images/image023_5.gif" width="15" height="17"> не должна иметь более двух значащих цифр.

При выполнении электротехнических работ, монтаже электрических цепей, ремонте электротехнических устройств возникает необходимость использовать электроизмерительные приборы .
Самый простой из таких приборов — электрический пробник для проверки целостности электрических проводников, участков электрических цепей.
Простейший пробник состоит из источника питания постоянного тока G — гальванического элемента или батареи гальванических элементов, светового индикатора HL — лампочки накаливания для карманного фонаря или светодиода, соединительных проводов со щупами-контактами (Х1 и Х2) на концах. Из этих элементов собирают цепь (рис. 20).
Необходимо учесть, что напряжение гальванического элемента должно соответствовать рабочему напряжению лампочки или светодиода. Причем светодиод всегда подключают с соблюдением полярности, которую определяют по справочнику или опытным путем. Также по справочнику можно определить напряжение питания светодиода.

Рис. 20. Электрические схемы пробников для проверки целостности проводников: а — с лампой накаливания; б — со светодиодом

Последовательно с ним обязательно включают резистор R с сопротивлением 150-300 Ом (Ом — единица сопротивления), который ограничивает ток в светодиоде, предотвращая его выход из строя.
Когда щупами-контактами касаются концов исследуемого провода, через него проходит небольшой ток от гальванического элемента пробника. Если в проводе нет обрыва, лампочка (или светодиод) пробника загорится. Таким образом, чтобы проверить исправность проводов питающего шнура лампы с помощью пробника, необходимо отключить лампу от сети и проверить целостность каждой жилы шнура. На рисунке 21 показана схема подключения пробника к проверяемым участкам.

Рис. 21. Схема подключения электрического пробника при проверке питающего шнура

Для проверки выключателя щупами пробника касаются его контактов или концов провода, подключенного к выключателю. При включении исправного выключателя лампочка пробника должна гореть, а при выключении — гаснуть. Если этого не происходит, то выключатель неисправен.
Принцип действия омметра как простейшего пробника основан на пропускании небольшого тока от источника питания омметра через исследуемый проводник. Но вместо лампочки в цепь омметра включен измеритель тока (амперметр), шкала которого проградуирована в омах. В случае проверки целостности проводников значение их сопротивления не играет никакой роли, — любое отклонение стрелки омметра будет говорить об отсутствии обрыва в проводнике, о его исправности. При исследованиях омметр подключается к проверяемым участкам так же, как и простейший пробник.
Обычно электромонтеры-ремонтники, как и другие специалисты в области электротехники и электроники, используют в своей практике комбинированный электроизмерительный прибор — авометр (ампервольтомметр), который позволяет измерять три параметра: силу тока (А), напряжение (В), сопротивление (Ом). В зависимости от положения ручек управления и подключения проводов прибора он может использоваться соответственно как амперметр, вольтметр и омметр.
Используя электроизмерительные приборы - амперметр, вольтметр, авометр, необходимо знать: на измерение каких предельных значений силы тока или напряжения рассчитан прибор.

Внимание! При измерениях электроизмерительными приборами электрических величин нельзя прикасаться к оголенным участкам проводников, иначе может быть поражение электрическим током!

Чтобы проводить измерения c амперметрами и вольтметрами (рис. 22), необходимо знать правила их включения в электрическую цепь.
Электроизмерительные приборы включают в цепь следующим образом :
1. Амперметр А подключают последовательно с тем потребителем R, в котором измеряют силу тока / (рис. 23, а).
2. Вольтметр V подключают параллельно с тем потребителем R, на участке которого измеряют напряжение (рис. 23, б).
3. Авометр подключают так же, как амперметр, если измеряют силу тока, и как вольтметр — если измеряют напряжение.

Рис. 22. Электроизмерительные приборы: а — авометр; б — амперметр; в — вольтметр

Рис. 23. Схемы подключения электроизмерительных приборов: а — амперметра; б — вольтметра

При эксплуатации электроизмерительных приборов следует обращать внимание на то, для какого тока (переменного или постоянного) они предназначены. Это можно узнать по символам, изображенным на шкалах приборов. Если возле шкалы стоит знак «-», это означает, что прибор предназначен для измерения в цепях постоянного тока, а если знак «~», — то в цепях переменного тока. Кроме того, при всех измерениях необходимо знать цену деления шкалы прибора.
При измерениях силы тока амперметром следует быть особенно осторожным, так как этот прибор обладает малым внутренним электрическим сопротивлением, поэтому при неправильном подключении он может стать причиной короткого замыкания. Вольтметр в этом отношении не опасен — он обладает большим внутренним сопротивлением.

В электротехнике много внимания уделяется вопросам безопасности использования электроэнергии, автоматизации процессов управления электрическими цепями. Для этого разрабатываются различные чувствительные элементы — датчики, которые способны реагировать на изменения в электрических цепях. Одним из таких замечательных элементов является биметаллическая пластина. Ее изготовляют из тонких (толщиной несколько десятых долей миллиметра) и узких (шириной несколько миллиметров) полосок двух разных металлов — например, стали и меди, стали и алюминия, стали и латуни, склепанных или сваренных между собой. Если один конец такой пластины жестко закрепить, а второй оставить свободным, то при нагревании пластина изгибается. Это объясняется просто. При нагревании разные металлы расширяются неодинаково — сталь расширяется меньше, чем, скажем, медь или другие металлы. Поэтому медная полоска будет удлиняться больше, чем стальная. А так как полоски скреплены, то произойдет изгиб биметаллической пластины в сторону стальной полоски. Этот изгиб используют для замыкания и размыкания контактов в электрических цепях.
Нагревание биметаллической пластины может осуществляться электрическим током, проходящим через нее, или специальным электронагревательным элементом, расположенным рядом с пластиной.
Такие биметаллические пластины применяют в автоматических выключателях для разрыва электрических цепей при недопустимо больших токах в них. В электронагревательных приборах (например, электроутюгах, электрорадиаторах, чайниках) биметаллические пластины используют для автоматического отключения или регулирования температуры. При достижении определенной температуры пластина изгибается и отключает электропитание нагревательного элемента, находящегося в управляемой цепи. После остывания пластина возвращается в первоначальное положение и вновь включает его (рис. 24).

Рис. 24. Устройство терморегулятора (термореле) на биметаллической пластине: 1 — биметаллическая пластина; 2 — неподвижный контакт; 3 — нагревательный элемент