МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ Российской федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

Северский технологический институт – филиал НИЯУ МИФИ

(СТИ НИЯУ МИФИ)

Кербель Б.М.

Метрология, стандартизация, сертификация

Часть 4. Электрические измерения электрических величин

Конспект лекций

Северск, 2011

Литература

1 Савенко В.Г. Измерительная техника. – М.: Энергия, 1980. – 335 с.

2 Электрические измерения / Под ред. Фремке В.А., Душина Е.Н.. – М.: Энергия. 1980.

3 Атамалян Э.Г. приборы и методы измерения электрических величин. – М.: высшая школа. 1982.

4 Электрические измерения: Уч. пособие для вузов / В.Н. Малиновский, Р.М.Демидова-Панфертова и др. – М.: Энергоатомиздат, 1985.

Индекс УДК:

Электрические измерения УДК 621.317

Методы и приборы УДК 681.2.

МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

3.1 Методы измерения

Измерения электрического тока и напряжения наиболее распространённые виды электрических измерений.

В зависимости от вида тока, его величины, формы кривой, частоты применяются различные методы и приборы для измерения. Наиболее часто используются методы непосредственной оценки и сравнения.

Непосредственно ток и напряжение измеряют амперметрами и вольтметрами.

Это электромеханические или электронные приборы со стрелочным или цифровым методом отсчёта.

Токи и напряжения измеряются в цепях постоянного и переменного токов в диапазоне частот до нескольких сотен МГц.

Наиболее высокую точность получают в цепях постоянного тока.

На переменном токе точность зависит от частоты, с повышением которой она снижается.

Рисунок 13. - ????

Для измерения силы тока цепь, в которой проводят измерение, разрывают между точками 1 и 2 и включают измерительный механизм, шунт, образцовый резистор.

Сопротивление этих устройств должно быть незначительным по сравнению с полным сопротивлением измеряемой цепи: их включение не должно искажать режим работы цепи. Желательно, чтобы собственное потребление энергии измерительным прибором было возможно меньше.

Из схемы запишем, что

.

Если  , то ток практически не изменится при включении амперметра в цепь.

Между точками 1 и 2 на амперметре образуется падение напряжения .

Потребляемая при этом мощность:

.

Ясно, что чем меньше , тем меньше . Влияние амперметра на изменение измеряемого тока характеризуется отношением . Например, при величине отношения 0,01 уменьшение в цепи будет не больше 1%, при 0,1 достигает 10% и т.д.

Вольтметры присоединяются к точкам цепи, между которыми надо измерять разность потенциалов.

Рисунок 14. - ???

Чтобы не искажался режим работы цепи, входное сопротивление вольтметра должно быть большим, а потребляемая мощность – малой.

Разберём конкретный пример измерения сопротивления методом вольтметра и амперметра. Возможны две схемы измерения:

Рисунок 15. - ???

Для точного измерения необходимо учесть влияние собственного потребления энергии.

Схема 1.

Вольтметр измеряет напряжение:

.

На основании закона Ома общее сопротивление цепи:

.

Отсюда, действительное значение сопротивления

,

т.е. ошибка измерения будет тем меньше, чем меньше сопротивление амперметра.

Схема 2.

.

Отсюда

,

,

.

Т.е. чем больше сопротивление вольтметра, тем меньше поправка к результатам измерения.

Электромеханические приборы и измерительные преобразователи.

В электромеханических приборах имеются подвижная и неподвижная часть. На обеих частях или на одной имеются обмотки и соответствующие зажимы, через которые подводится напряжение или ток.

Измерительная цепь служит для преобразования измеряемой электрической величины в другую величину воздействующую на измерительный механизм.

Совокупность деталей, образующих подвижную и неподвижную части прибора называют измерительным механизмом (ИМ). ИМ является преобразователем электрической величины в механическое перемещение.

Под действием тока, проходящего через измерительную цепь, и взаимодействующего с ним постоянного магнитного поля создаётся равновесное состояние

,

где - противодействующий момент, создаваемый с помощью растяжки или спиральных пружин; - вращающий момент, создаваемый за счёт взаимодействия тока, протекающего по катушке, и постоянного магнитного поля.

Структурная схема электромеханического прибора может быть изображена так:

Рисунок 16. - ???

где - измеряемая величина; - промежуточная электрическая величина; - угол отклонения стрелки; ОУ – отсчётное устройство.

Обобщённая схема прибора представлена на рисунке 17:

Рисунок 17. – Обобщённая схема прибора

- входная величина; - выходная величина;

- внешние параметры (условия окружающей среды);

- внутренние параметры прибора

В зависимости от физических явлений, положенных в основу создания вращающего момента, различают следующие ИМ:

1. Магнитоэлектрические, основанные на воздействии магнитного поля постоянного магнита на ток в обмотке подвижной катушки;

2. Электромагнитные, основанные на воздействии магнитного поля тока в обмотке на пластины из магнитомягкого ферромагнитного материала, намагничиваемые этим полем;

3. Электродинамические, основанные на воздействии магнитного поля тока одной катушки на ток в другой катушке. Электродинамические механизмы, в которых магнитное поле усиливается магнитопроводом, называют ферродинамическими;

4. Электростатические, основаны на взаимодействии двух или нескольких электрически заряженных пластин;

5. Индукционные, основаны на воздействии переменных магнитных полей, пронизывающих подвижный диск механизма, на вихревые токи, возникающие в диске.

Несмотря на различие приборов с различными измерительными механизмами, имеется ряд деталей и узлов, общих для всех электромеханических приборов.

Корпус прибора защищает механизм и схему от внешних воздействий, например от попадания пыли и влаги.

Отсчётное устройство состоит из шкалы или указателя.

Крепление подвижной части осуществляется с помощью опор, растяжек или подвеса.

Опора = керн + подпятник.

Подвижная часть может быть подвешена на двух растяжках, представляющих собой упругие металлические ленты, прикрепляемые одним концом к подвижной части, а другим к неподвижным деталям прибора. Их также используют для подвода тока в обмотку подвижной части.

Подвешивание на подвесе применяется в приборах высокой чувствительности – гальванометрах. Это требует установки прибора по уровню, т.к. подвижная часть висит свободно и отклонение положения прибора от вертикального может вызвать её касание с неподвижной частью.

Успокоители применяются для достижения степени успокоения.

Применяют магнитоиндукционные, жидкостные и воздушные успокоители.

Магнитоиндукционные = постоянный магнит и перемещающаяся в зазоре металлическая пластина, укреплённая на подвижной части.

Жидкостное успокоение достигается тем, что подвижная часть измерительного механизма или её отдельные части помещаются в вязкую жидкость. Поэтому при колебаниях подвижной части расходуется энергия (колебательная), т.е. достигается необходимое успокоение.

Воздушный успокоитель состоит из камеры и находящейся внутри неё пластины, скреплённой с подвижной частью. При колебаниях создаётся разность давлений по обе стороны пластины, которая препятствует свободному перемещению подвижной части и вызывает её успокоение.

Для установки указателя на требуемую отметку (например ноль) применяют корректоры.

Арретиры – устройства, затормаживающие подвижную часть прибора.

На каждый прибор наносят условное обозначение. Обозначают: единицу измеряемой величины, класс точности, род тока, используемое положение прибора. Указывают также условное обозначение типа измерительного механизма.

Таблица 2. - ????

№ п/п	Наименование прибора	Условное обозначение
1	Магнитоэлектрический, с подвижной рамкой
2	Логометр магнитоэлектрический
3	Магнитоэлектрический с подвижным магнитом
4	Логометр магнитоэлектрический с подвижным магнитом
5	Прибор электромагнитный
6	Логометр электромагнитный
7	Прибор электродинамический
8	Логометр электродинамический
9	Прибор ферродинамический

Продолжение таблицы 2

10	Логометр ферродинамический
11	Прибор индукционный
12	Прибор электростатический