Основные понятия

Измерением называется нахождение значения физической величины опытным путем с помощью «специальных технических средств (мер и измерительных приборов).
Результат измерения выражают именованным числом, состоящим из числа и названия единицы, например, ток равен 15 А.
Мерой называется средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера.
Измерительным прибором называется средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем.
Меры и приборы подразделяются на образцовые и рабочие.
Образцовые меры и приборы служат для поверки по ним рабочих средств измерений. При этом значения единиц измеряемых величин с определенной достоверностью передаются рабочим мерам или измерительным приборам. Утверждение мер и приборов в качестве образцовых осуществляется органами государственной метрологической службы.
Рабочие меры служат для практических измерений, не связанных с передачей другим мерам и приборам значений измеряемых величин.
При всяком измерении результат его несколько отличается от действительного значения, под которым понимают значение, найденное при помощи образцовых средств.
Разность между найденным и действительным значениями измеряемой величины называется абсолютной погрешностью измерения.
Качество измерения оценивается относительной погрешностью измерения, которая представляет собой выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности к найденному или действительному значению измеряемой величины.

Источник

Электроизмерения и электроизмерительная техника, роль и значение измерений

Что такое измерение

Измерение принадлежит к числу древнейших операций, применяемых человеком в общественной практике, и с развитием общества все больше и больше проникает в различные области деятельности.

Измерение есть познавательный процесс: после измерения некоторой величины мы об этой величине всегда знаем нечто большее, чем это было до измерения: узнаем ее размер, что часто является для нас источником ряда дополнительных сведений, узнаем представление об этой величине, ее связи с другими величинами и т. д.

Процесс измерения есть физический эксперимент: измерение не может осуществляться умозрительно, путем лишь одних теоретических выкладок и т. п.

Измерение физической величины есть сравнение с некоторым значением такой же самой физической величины, принятым за единицу: измерять, например, длину можно только сравнением ее с какой-то определенной длиной.

Из приведенного выше определения вытекает, что для выполнения какого-либо измерения в общем случае необходимы:

мера — вещественное воспроизведение единицы измерения, например при взвешивании необходима гиря ;

измерительный прибор — техническое средство для осуществления процесса сравнения измеряемой величины с мерой.

Следовательно, в шкале таких весов как бы заложена мера массы, которая участвует, таким образом, при каждом взвешивании.

С другой стороны, измерительный прибор не всегда требуется для производства измерения: при простейших измерениях достаточно иметь только меру, прибор же может и отсут ст вовать.

Прямые, косвенные и совокупные измерения

По способу получения результата измерения надо различать:

Прямыми измерениями называются такие измерения, при которых измерению подвергается непосредственно сама интересующая нас величина: взвешивание на весах для определения массы какого-то тела, измерение длины путем непосредственного сравнения данного расстояния с соответствующей мерой длины, измерение электрического сопротивления с помощью омметра, электрического тока с помощью амперметра и т. п.

Прямые измерения являются весьма распространенным видом технических измерений. Косвенными измерениями называются такие измерения, при которых непосредственному измерению подвергается не сама интересующая нас величина, а некоторые другие величины, с которыми измеряемая величина находится в определенной зависимости; определив значения этих величин (путем прямых измерений) и пользуясь известной зависимостью между этими величинами и измеряемой величиной, можно подсчитать значение измеряемой величины.

Например, для определения удельного электрического сопротивления некоторого материала измеряют длину проводника, изготовленного из этого материала, площадь его поперечного сечения и его электрическое сопротивление. По результатам этих измерений можно подсчитать искомое удельное сопротивление.

Косвенные измерения сложнее прямых, но они применяются в технике и научных исследованиях довольно часто, тем более, что во многих случаях прямые измерения некоторых величин оказываются практически невыполнимыми.

Совокупными измерениями называются такие измерения, в которых искомый результат измерения выводится из результатов нескольких групп прямых или косвенных измерений отдельных величин, функциональная связь с которыми интересующих нас величин выражается в виде неявных функций.

По результатам групп прямых или косвенных измерений ряда величин составляется система уравнений, решение которой и дает значения интересующих нас величин.

Роль измерений и значение метрологии в современном обществе

Развитие науки и техники неразрывно связано с развитием и совершенствованием средств измерения. Постановка каждой новой научной или технической задачи заставляет искать новые средства измерения, а совершенствование средств измерения способствует развитию новых отраслей науки и техники.

Накопление научных и прикладных знаний в области электричества и магнетизма чрезвычайно обогатило теорию и технику измерений и привело к образованию самостоятельной и разветвленной отрасли — электроизмерительной техники.

Электроизмерительная техника охватывает методы электрических измерений, проектирование и производство необходимых для этого технических средств (измерительных приборов), а также вопросы практического их использования.

Однако благодаря высокой точности, чувствительности и большому экспериментальному удобству электрических методов измерений, все шире распространяются приемы измерений, сводящиеся к предварительному преобразованию подлежащих измерению величин в пропорциональную им электрическую величину, которая затем непосредственно и измеряется.

Такие методы измерения, получившие название «не электрические измерения неэлектрических величин » (температуры, давления, влажности, скорости, ускорения, вибраций, упругих деформаций и т. п.), завоевали самое широкое признание, так как они обеспечивают значительное расширение диапазона измерений, повышение быстродействия и точности измерительных устройств, передачу значений измеряемых величин на расстояние, выполнение математических операций н ад измеряемыми величинами и большее удобство записи их во времени.

Электроизмерительная техника играет роль важнейшего фактора научно-технического прогресса в эксплуатации энергетических систем, а измерение электрических параметров энергетических установок является стимулом для рационализации энергетического хозяйства.

Исключительно важное значение электроизмерительная техника имеет также при контроле производственных процессов в самых различных отраслях промышленности, при контроле качества материалов, полуфабрикатов и многих изделий, в геологоразведочных работах и в самых разнообразных научных исследованиях, где методы электрических и магнитных измерений позволяют получить наиболее точные результаты в весьма широком диапазоне измеряемых величин.

Подборка статей про различные электроизмерительные приборы и их пракическое использование:

Источник

Виды и методы электрических измерений

При изучении электротехники приходится иметь дело с электрическим, магнитными и механическими величинами и измерять эти величины.

В этой статье рассмотрена классификация измерений, наиболее важная для теории и практики электрических измерений. К такой классификации можно отнести классификацию измерений с методологической точки зрения, т. е. в зависимости от общих приемов получения результатов измерений (виды или классы измерений), классификацию измерений в зависимости от использования принципов и средств измерений (методы измерений) и классификацию измерений в зависимости от динамики измеряемых величин.

Виды электрических измерений

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

К прямым измерениям относятся те, результат которых получается непосредственно из опытных данных. Прямое измерение условно можно выразить формулой Y = Х, где Y — искомое значение измеряемой величины; X — значение, непосредственно получаемое из опытных данных. К этому виду измерений относятся измерения различных физических величин при помощи приборов, градуированных в установленных единицах.

Например, измерения силы тока амперметром, температуры — термометром и т. д. К этому виду измерений относятся и измерения, при которых искомое значение величины определяется непосредственным сравнением ее с мерой. Применяемые средства и простота (или сложность) эксперимента при отнесении измерения к прямому не учитываются.

Методы электрических измерений

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

Сущность метода непосредственной оценки заключается в том, что о значении измеряемой величины судят по показанию одного (прямые измерения) или нескольких (косвенные измерения) приборов, заранее проградуированных в единицах измеряемой величины или в единицах других величин, от которых зависит измеряемая величина.

Простейшим примером метода непосредственной оценки может служить измерение какой-либо величины одним прибором, шкала которого проградуирована в соответствующих единицах.

Методы сравнения делятся на следующие: нулевой, дифференциальный, замещения и совпадения.

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

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

Дифференциальный метод сочетает в себе часть признаков метода непосредственной оценки и часть признаков нулевого метода. Он может дать весьма точный результат измерения, если только измеряемая величина и мера мало отличаются друг от друга.

Например, если разность этих двух величин равна 1 % и измеряется с погрешностью до 1 %, то тем самым погрешность измерения искомой величины уменьшается до 0,01%, если не учитывать погрешности меры. Примером применения дифференциального метода может служить измерение вольтметром разности двух напряжений, из которых одно известно с большой точностью, а другое является искомой величиной.

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

Примером применения метода замещения может быть измерение сравнительно большого электрического сопротивления на постоянном токе путем поочередного измерения силы тока, протекающего через контролируемый резистор и образцовый. Питание цепи при измерениях должно производиться от одного и того же источника тока. Сопротивление источника тока и прибора, измеряющего ток, должно быть очень мало по сравнению с изменяемым и образцовым сопротивлениями.

Метод совпадений — это такой метод, при котором разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, измеряют, используя совпадение отметок шкал или периодических сигналов. Этот метод широко применяется в практике неэлектрических измерений.

Примером может служить измерение длины штангенциркулем с нониусом. В электрических измерениях в качестве примера можно привести измерение частоты вращения тела стробоскопом.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Виды и методы измерения электрических величин

Измерение – это сравнения фи­зической величины, которая измеряется, с некоторым значением такой же величины, принятым за еди­ницу. Они измеряются специальными устройствами — средствами измерения. Поскольку не все приборы обладают абсолютно одинаковыми характеристиками существуют различные методы измерений, методы оценки измерений, а также погрешности при измерениях.

Измерения проводят прямым и косвенным путем

Прямые –это когда нужное значение измеряемой величины определяется по шкале (дисплею) прибора.

К таким относятся измерение электроэнергии счетчиком, напряжения и тока – амперметром и вольтметром соответственно и пр.

Косвенное — искомое значение нужной величины находят на основании аналитической зависимости (например формулы) между необходимой величи­ной и величинами, полученными при помощи прямых измерений. То есть эти измерения позволяют сократить количество проводимых измерений, а вычислить нужные значения с помощью формул. Например, измеряв U и I вычисляем R —

Измерения могут проводится различными способами и, соответственно, средствами. Соответственно такие измерения нужно оценить, для этого существуют методы непосредственной оценки и методы сравнения.

Методы непосредственной оценки и методы сравнения

Непосредственная оценка. При применении данного метода значение нужной величины вычисляют по шкале прибора (тока — по амперметру, напряжения — по вольтмет­ру и пр.). Он довольно прост, но не отличается сравнительно вы­сокой точностью.

Сравнения. Состоит в том, что величина, которая измеряться, сравнивается с величиной, воспроизводимой мерой. Он обеспечивает точность, большую, чем метод непосредственной оценки, но процесс из­мерения значительно усложняется. У метода сравнения есть несколько разно­видностей: дифференциальной, нулевой и замещения.

При нулевом методе стараются свести влияние на измерительное устройство измеряемых величин до нуля. Пример — с помощью урав­новешенного моста для измерения электрического сопротивления.

При методе замещения величину которая подлежит измерению замещают из­вестной величиной, которая воспроизводится мерой. При этом, изменяя известную величину, добиваются точно такого же показа­ния прибора, как и то, которое действовало при действии измеряемой величины. Таким образом устанавливают погрешность. При использовании дифференциального метода разность между величиной и измеряемой величиной, вос­производимой мерой действуют на измерительный прибор. Пример — с помощью неуравновешенного моста измерение электрического сопротивления.

Известно, что приборов с точностью абсолютной не существует в мире, то каждый прибор характеризуется погрешностью. Они делятся на относительные, абсолютные и приведенные.

Погрешность абсолютная А — это разность между фактическим значением шкалы прибора А и действительным значением измеряемой величины А_Д:

Погрешность относительная — это отношение погрешности абсолютной ∆ к фактическому значению измеряемой величины А. Выражается она в процентах:

Погрешность приведенная — представляет собой ничто иное как отношение абсолютной погрешности ∆ к нормирующему значению А_N измеряемой величины:

Обычно нормирующее значение принято принимать равным верхнему пределу измерения для прибора.

Погрешности бывают: системати­ческие и случайные

Погрешность систематическая. Она остается постоянной, но может и меняться по любому, но определенному закону. Значение ее всегда учитывается путем введения соответствующих поправок, для минимизации влияние погрешностей.

Погрешность случайная.Она появляется непредсказуемо и изменяется по случайному закону. Их нельзя исключить, но можно систематизировать и минимизировать их влияние произведя несколько измерений.

Также на появление погрешностей производит влияние и условия эксплуатации приборов. Поэтому, погрешности могут быть двух видов: основная и дополнительная.

Погрешность основная. Она появляется на измерительных приборах, которые находятся в нормальных условиях эксплуатации (атмосферное давление, влажность, температура внешней среды, напряжение и пр.).

Погрешность дополнительная. Она происходит тогда, когда устройство не эксплуатируется в нормальных условиях.

Уровень точности приборов характеризуется классом точности. Для электроизмерительных приборов уста­новлены такие классы точности как: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5 и 4.

Цифры эти указывают указывают основную приведенную погрешность γ, которая показывается в про­центах. Абсолютная ∆ и относительная δ погреш­ности могут быть представлены в таком виде:

Из данной статьи можно сделать вывод, что при измерении электрических величин следует учитывать класс точности прибора и условия окружающей среды. Для более высокой точности измерений необходимо использовати различные методы измерений. Для исключения влияния случайных факторов нужно провести одно и тоже измерение несколько раз.

Источник

Электрические измерения

§ 6.1. Назначение, классификация, определение. Виды погрешностей, класс точности.

Измерением называют нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств (мер и измерительных приборов).

Мерой называют средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера.

Измерительным прибором называют средство измерений, предназначенной для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем.

Меры и приборы подразделяются на образцовые и рабочие. Образцовые меры и приборы служат для проверки по ним рабочих средств измерений. Рабочие меры служат для практических измерений, несвязанных с передачей размера единиц.

Отклонение результата измерения от истинного или действительного значения измеряемой величины, называют абсолютной погрешностью измерения.

Качество измерений оценивается относительной погрешностью измерения, которая представляет собой выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности к действительному или приближенно найденному значению измерений.

СогласноГОСТ 1845-59 электроизмерительные приборы делятся на восемь классов точности:0,05; 0.1; 0.2; 0.5; 1; 1.5; 2.5 и 4. На шкалах приборов числа, указывающие класс точности, обводятся кружками.

Число класса точности указывает основную допустимую приведенную погрешность прибора, под которой понимают выраженное в процентах отношение наибольшей допустимой абсолютной погрешности прибора , находящегося в нормальных условиях работы, к номинальной величине прибора x_н.

Таким образом, приведенная погрешность прибора

.

Электроизмерительные приборы делятся на две основные группы:

1. приборы непосредственной оценки, дающие численное значение измеренной величины по их отсчетному устройству, например амперметр, вольтметр;

2. приборы сравнения, предназначенные для сравнения измеряемой величины с мерой, например измерительный мост.

Погрешность измерений равна погрешности прибора, умноженной на отношение верхнего предела измерений прибора к действительному или к найденному значению измерительной величины.

К электроизмерительным приборам предъявляются разнообразные требования. Главные из них следующие:

1. погрешности прибора не должны превышать значений, установленных ГОСт 1845-59 для того класса точности, к которому он относится;

2. мощность потерь в приборе должна быть, возможно, меньшей;

3. шкала прибора должна быть по возможности равномерной;

4. прибор должен обладать хорошим успокоением колебаний при перемещении стрелки и хорошей изоляцией;

5. прибор должен быть выносливым к перегрузкам.

§ 6.2. Измерительные механизмы приборов.

Основной частью каждого прибора непосредственной оценки является измерительный механизм (измеритель).

Измерительный механизм – это часть конструкции прибора, состоящая из элементов, взаимодействие которых вызывает их взаимное перемещение. По углу поворота подвижной части измерительного механизма определяется значение измеряемой величины.

а) Магнитоэлектрический измерительный механизм.

В воздушном зазоре А (рис.6-1) между неподвижным стальным цилиндром Б и полюсными башмаками N’S’ магнит NS создает однородное радиальное магнитное поле. В этом поле расположена прямоугольная катушка – рамка В, укрепленная на двух полуосях – кернах, установленных в опорах. На передней полуоси закреплена указательная стрелка, под свободным концом которой расположена шкала. Обмотка рамки состоит из изолированного провода малого сечения на номинальный ток 10-100 мА.

Рис.6-1. Магнитоэлектрический измерительный механизм.

Рис.6-2. Получение вращающего момента в магнитоэлектрическом

Ток к рамке подводится через спиральные пружины. Этот ток, проходя по виткам рамки, взаимодействуя с магнитным полем, создает пару сил FF (рис.6-2), образующих вращающий момент. Под действием этого момента рамка (подвижная часть) повернется на угол a, при котором он уравновесится противодействующим моментом, созданным пружинами.

Т.к. вращающий момент пропорционален току , а противодействующий момент пропорционален углу закручивания пружины , то можно написать:

,

где k и D – коэффициенты пропорциональности.

Из написанного следует, что угол поворота подвижной части

,

,

Следовательно, измеряемый ток можно определить произведением угла поворота (отсчитывается по шкале) и постоянной по току c_I.

Успокоителем называется устройство для уменьшения времени колебаний подвижной части, возникающих после включения прибора по нагрузку или после изменения значения измеряемой величины.

В магнитоэлектрическом измерителе применяется магнитоиндукционное успокоение. Успокоителем служит каркас рамки. При повороте рамки изменяется магнитный поток, пронизывающий каркас. Взаимодействие тока, индуктированного в каркасе, с магнитным полем создает тормозной момент, обеспечивающий успокоение.

При переменном токе вращающий момент изменяется пропорционально мгновенному значению тока. При стандартной частоте момент изменяется настолько быстро, что вследствие инерции подвижная часть поворачивается на угол, пропорционален среднему за период значению вращающего момента, а следовательно, и среднему значению тока. Среднее значение синусоидального тока равно нулю и подвижная часть не отклоняется. Следовательно, рассмотренный измерительный механизм пригоден только дл цепей постоянного тока.

б) Электромагнитный измерительный механизм.

Электромагнитный измеритель (рис.6-3) имеет неподвижную катушку А и подвижную часть, состоящих из укрепленных на сои стального сердечника Б, указательной стрелки, пружины и алюминиевого сектора В успокоителя.

Рис.6-3. Электромагнитный измерительный механизм.

Измеряемый ток, проходя по катушке, намагничивает сердечник и втягивает его в катушку. По углу поворота подвижной части определяют силу тока.

При повороте подвижной части измерителя в секторе В успокоителя, расположенном в магнитном поле М, возникают вихревые токи, взаимодействие которых с полем того же магнита создает тормозной момент, вызывающий успокоение.

Электромагнитный измеритель применяется для измерения постоянного и переменного тока, т.к. сердечник втягивается в катушку при любом направлении тока.

Из-за остаточной индукции сердечника угол поворота его может быть различным при одинаковых значениях тока при нарастании и при спаде его. Это приводит к погрешности от остаточной индукции. Для уменьшения ее сердечник изготавливают из материала с малой остаточной индукцией (пермаллой).

Уменьшения влияния внешних магнитных полей на показания измерителя достигают: 1) окружая измеритель стальным экраном или кожухом; 2) применением астатического измерителя с двумя сердечниками на одной оси и соответственно с двумя катушками, соединенными последовательно. Поля катушек, созданные измеряемым током, направлены противоположно. Поэтому внешнее однородное поле ослабляет поле одной катушки и усиливает поле другой катушки, в результате влияние внешнего поля будет достаточно слабым.

в) Электродинамический измерительный механизм.

Электродинамический измеритель (рис.6-4) состоит из двух катушек: неподвижной А и подвижной Б. Подвижная катушка, стрелка, крыло В воздушного успокоителя и концы двух пружин укреплены на одной оси. В результате электродинамического взаимодействия между токами I₁ и I₂, проходящими по катушкам, возникает вращающий момент. Под действием этого момента подвижная часть повернется на угол a, при котором он уравновесится противодействующим моментом пружин.

В цепи постоянного тока вращающий момент и угол поворота подвижной части пропорциональны произведению токов, т.е.

.

.

По этому углу поворота определяют значение измеряемой величины.

Рис.6-4. Электродинамический измерительный механизм.

Слабому магнитному полю измерителя соответствует слабый вращающий момент, и для получения высокой точности, которой обладают эти измерители, необходимо уменьшить погрешность от трения в опорах. Это достигается уменьшением массы подвижной части и хорошей обработкой осей и опор.

Уменьшение влияния внешних магнитных полей достигается экранированием или применением астатического измерителя. Электродинамические измерители чувствительны к перегрузкам.

г) Ферродинамический измерительный механизм.

Магнитная цепь ферродинамического измерителя (рис.6-5) состоит из магнитопровода А и неподвижного цилиндрического сердечника Б, выполненных из листовой стали. Неподвижная катушка В с током I₁, возбуждает магнитный поток, который взаимодействует с током I₂, в подвижной катушке Г, укрепленной на одной оси со стрелкой. Таким образом, принцип работы измерителя тот же, что и электродинамического.

Рис.6-5. Ферродинамический измерительный механизм.

Присутствие стали усиливает магнитный поток и вращающий момент, что позволяет получить более прочную конструкцию. Внешнее поле практически не влияет на показания измерителя.

§ 6.3. Измерение тока и напряжения в электрических цепях.

Для измерения тока независимо от рода измеряемого тока (постоянный, переменный) пользуются амперметром, включая его последовательно с нагрузкой. При этом сопротивление амперметра должно быть очень маленькое. При этом величина, измеряемая напрямую.

Все измерительные приборы рассчитаны на небольшие величины токов и напряжений, которые напрямую могут измерить эти приборы.

Для расширения пределов измерения прибора пользуются специальными техническими средствами, применение которых позволяет измерить практически любую величину силы тока.

Схема включения амперметра с шунтом:

I – измеряемый ток; I_А – ток, идущий через амперметр с сопротивлением R_A; R_Ш – сопротивление шунта; R_Н – нагрузка.

,

где n – число, показывающее во сколько раз измеряемая величина тока (верхний предел измерения нового амперметра) больше тока прибора (его паспортной характеристики). Например, для измерения тока нагрузки величиной 100 А есть амперметр со шкалой на 1 А, с сопротивлением прибора 0,1. Определить сопротивление шунта.

,

где n – коэффициент шунтирования (расширение предела измерения), равный 100/1=100.

.

.

Для измерения напряжения пользуются вольтметром, включая его параллельно нагрузке.

Для расширения предела измерения вольтметры включают через добавочные сопротивления, и при таком способе любая реальная величина напряжения может быть измерена.

Величина добавочного сопротивления для получения нужной шкалы прибора (верхнего предела напряжения) определяется

,

где R_V – сопротивление вольтметра (постоянная); m=U/U_V – число, показывающее во сколько раз измеряемое напряжение U (верхний предел) больше напряжения, соответствующего паспортным данным.

Как шунт, так и добавочное сопротивление могут находиться внутри корпуса и вне его.

§ 6.4. Измерение мощности в трехфазной цепи.

Число ваттметров, схема и включение зависят от типа нагрузки (симметричная, несимметричная) и схемы соединения трехфазного потребителя (звезда, треугольник). Если нагрузка симметричная, то достаточно измерить мощность в одной фазе и показания ваттметра умножить на три.

Схема включения ваттметра.

а) трехфазная цепь при соединении нагрузки звездой

Рис.6-8. Трехфазная цепь при соединении нагрузки звездой.

б) трехфазная цепь при соединении нагрузки треугольником

Рис.6-9. Трехфазная цепь при соединении нагрузки треугольником.

Если нагрузка несимметрична, то мощность трехфазной цепи определяют по сумме показаний двух ваттметров или же по сумме трех ваттметров, каждый из которых измеряет мощность своей фазы.

Рис.6-10. Схема включения ваттметров в трех проводную трехфазную цепь при несимметричной нагрузке.

Рис.6-11. Схема включения ваттметров в четырех проводную трехфазную цепь при несимметричной нагрузке.

Схема включения ваттметра для измерения мощности и его краткая характеристика.

Для измерения мощности в цепях постоянного и однофазного переменного токов используются ваттметры электродинамической системы. Неподвижная (амперметровая) обмотка ваттметра включается в цепь последовательно, подвижная (вольтметровая) обмотка – параллельно потребителю. В соответствии с этим на лицевую панель ваттметра выведены четыре зажима, два из которых обозначены символом I (токовые зажимы), а два других – символом U (зажимы напряжения). Два зажима помечены точками и называются генераторными.

Рис.6-12. Схема включения ваттметра электродинамической системы.

Чтобы понять назначение генераторных зажимов рассмотрим две возможные схемы включения обмоток ваттметра, изображенных на рис.6-13. В схеме рис.6-13, а, мощность, измеряемая ваттметром

большие мощности нагрузки на величину . Следовательно,

.

В схеме ирс.6-13, б, мощность, измеряемая ваттметром

больше мощности нагрузки на величину , т.е.

.

Таким образом, в обоих случаях возникает систематическая погрешность, зависящая от схемы соединения.

Градуировка ваттметров производится по схеме рис.6-13, а. Для получения такой схемы генераторные зажимы (помеченные точками) следует объединить и подключить к одному и тому же проводу. Вместе с тем, генераторные зажимы являются началами обмоток. При правильном включении ваттметра стрелка будет отклоняться вправо. Чтобы изменить направление отклонения стрелки необходимо изменить направление тока в любой из обмоток ваттметра.

§ 6.5. Измерение сопротивлений.

Для измерения сопротивлений пользуются:

3. приборами сравнения (с помощью измерительных мостов).

Приборы для непосредственного измерения сопротивлений называются омметрами или мегомметрами.

Они делятся на две группы: омметры, показания которых зависят от напряжения источника питания, и омметры, показания которых на зависят от напряжения источника питания. как первые, так и вторые могут иметь две измерительные схемы – последовательную и параллельную

Омметр первой группы с последовательной схемой (рис.6-14) представляет собой магнитоэлектрический измеритель с добавочным сопротивлением R_X. Омметр имеет самостоятельный источник питания – батарею сухих элементов.

Рис.6-14. Последовательная схема омметра, показания которого

зависят от напряжения источника питания.

При разомкнутой кнопке k ток в измерителе

,

где C_I – постоянная по току измерителя.

Из формулы следует, что угол поворота подвижной части

.

Сопротивление (R_И+R_Д) постоянно. Если отношение U/C_I также будет постоянным, то угол a зависеть только от измеряемого сопротивления R_X и на шкале омметра можно нанести его значения.

Для поддержания неизменным отношения U/C_I при изменении напряжения источника питания необходимо регулировать величину C_I, что достигается изменением магнитной индукции в воздушном зазоре измерителя магнитным шунтом. Магнитный шунт – это стальная пластина, которую поворотом винта приближают или удаляют от полюсных башмаков N’S’ измерительного механизма.

Для регулировки величины С_I при подключенных батареи и сопротивлении R_X, замкнув кнопку k, изменяют положение магнитного шунта до тех пор, пока стрелка омметра не установится на нуль шкалы. Разомкнув кнопку, отсчитывают на шкале значение измеряемой величины.

Схема (рис.6-15) больших сопротивлений методом амперметра и вольтметра.

Рис.6-15. схема измерения больших сопротивлений методом амперметра и ваттметра.

Схема (рис.6-16) для измерения малых сопротивлений.

Рис.6-16. Схема для измерения малых сопротивлений.

Сопротивление R_изм, подсчитанное по показаниям приборов, будет несколько отличаться от действительного R_X

.

Из этого выражения видно, что схема рис.6-15 пригодна для измерения больших сопротивлений, когда .

Для измерения малых сопротивлений измерительные приборы необходимо включать по схеме рис.6-16. В этом случае

.

Из формулы видно, что измерение будет тем точнее, чем сильнее неравенство .

в) Измерение сопротивлений с помощью моста постоянного тока.

Для точных измерений сопротивлений в лабораторных условиях широкое применение находят мосты постоянного тока. Мостовая схема изображена на рис.6-17. Сопротивления R₁, R₂, R₃, R₄ называются плечами моста, а ветви, включенные между точками ab и cd – диагоналями. В диагональ ab включен источник питания с постоянным напряжением U, в диагональ cd – измерительный прибор (обычно гальванометр магнитоэлектрической системы).

Мост называют уравновешенным, если потенциалы точек c и d равны между собой при подключенном источнике питания. Равновесие моста определяется по гальванометру: при φ_с=φ_d ток в измерительной диагонали отсутствует и стрелка гальванометра стоит на нуле.

Для уравновешенного моста справедливы следующие соотношения:

; ; ; .

Разделив почленно первое уравнение на второе, получим

, или .

Таким образом, в уравновешенном мосту произведение сопротивлений противоположных плеч равны между собой:

.

Если плечи R₁, R₂, R₃ образованы магазинами сопротивлений, а плечо R₄=R_X – неизвестным измеряемым сопротивлением, то получив равновесие моста за счет изменения R₁, R₂ или R₃ и отсчитав эти сопротивления, неизвестное сопротивление подсчитывают по формуле

.

Уравновешенный мост позволяет измерить сопротивление с большой точностью.

Контрольные вопросы:

1. Что такое измерение? мера? измерительный прибор?

2. Как рассчитать приведенную погрешность прибора?

3. Какие существуют группы электроизмерительных приборов?

4. Требования, предъявляемые к электроизмерительным приборам?

5. Какие механизмы электроизмерительных приборов вы знаете? Опишите принцип их работы.

6. Как производится измерения тока и напряжения в электрических цепях?

7. Как можно измерять мощность в трехфазной цепи?

8. Как измеряют электрическое сопротивление?

Источник