25. Электроизмерительные приборы (общие сведения)

Существуют классификации электроизмерительных приборов (ЭП) по роду измеряемой величины и по принципу действия измерительного механизма. В первой классификации ЭП подразделяются на амперметры (миллиамперметры, микроамперметры), вольтметры (милливольтметры, микровольтметры), ваттметры и омметры. Во второй классификации ЭП классифицируют по принципу действия измерительного механизма: магнитоэлектрические, электромеханические и др. Общими характеристиками ЭП являются ошибки показаний, чувствительность к измеряемой величине, диапазон измерений и собственное потребление энергии. Если обозначить истинное значение измеряемой величины через а, показание прибора через а_х, то абсолютной ошибкой прибора называется разность  = а_х – а,

относительной ошибкой – отношение ,

а приведенной ошибкой – отношение ,

где а_m – конечное значение диапазона измерений прибора.

Госстандартами чаще всего нормируется приведенная погрешность. По степени точности ЭП делятся на 8 классов точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0. Класс точности ЭП определяет точность измерений, которая зависит еще и от диапазона шкалы прибора. Покажем это на примере измерения напряжения двумя милливольтметрами. Один из них (А) имеет класс точности δ = 0,5 и предельное значение а_m = 50 мВ. Другой милливольтметр (Б) имеет более низкий класс точности (δ = 1,5), но шкала для него не такая большая (а_m = 10 мВ). Спрашивается, измерение каким прибором даст более высокую точность? Чтобы получить ответ на этот вопрос, нужно найти величины Е для приборов А и Б и сравнить их между собой.

Пусть в наших измерениях истинная величина а = 5 мВ. Тогда для прибора А мы можем написать:

δ = 0,5 = (а_х -5)/50100, откуда  = а_х - 5 = 0,25 мВ, а Е = /а100 = 0,25/5100 = 5%.

Для прибора Б:

δ = 1,5 = (а_х -5)/10100, откуда  = а_х - 5 = 0,15 мВ, а Е = /а100 = 0,15/5100 = 3%.

Как видно, прибор Б более низкого класса позволяет получить более высокую точность измерений. Это означает, что точность измерений тем выше, чем меньше диапазон шкалы ЭП. Шкала – важный элемент ЭП: на ней указываются система ЭП, единицы измеряемой величины, род тока, рабочее положение, класс точности. Ниже приводятся условные обозначения систем ЭП, отличающихся принципом действия измерительного механизма.

26. Магнитоэлектрические (I) и электромагнитные (II) измерительные приборы

I. Измерительное устройство ЭП этого типа состоит из постоянного магнита и подвижной катушки, по которой протекает ток. В основе работы ЭП лежит такое физическое явление, как взаимодействие магнитных полей постоянного магнита и катушки с током. Угол поворота стрелки α ~ I.

Достоинства ЭП:

1) высокая и постоянная чувствительность;

2) равномерность шкалы;

3) малое потребление энергии (10^-5÷10^-6 Вт);

4) относятся к наиболее точным (изготавливаются до класса точности 0,05).

Недостатки ЭП:

1) нельзя измерять переменные токи.

Пределы измерения вольтметров определяются величиной добавочного сопротивления, вмонтированного в прибор, а амперметры – сопротивлением шунтов (см. рисунки).

При верхнем пределе 20-30 мА шунты не ставят.

II. Измерительное устройство ЭП этого типа состоит из неподвижной катушки, по которой протекает измеряемый ток, создавая магнитное поле, и ферромагнитного сердечника. При протекании тока через катушку сердечник втягивается в катушку, при этом α ~ I².

Достоинства ЭП:

1) простота конструкции;

2) возможность применения в цепях как постоянного, так и переменного тока.

Недостатки ЭП:

1) неравномерная шкала (сильно сжата в начальной части);

2) малая чувствительность (изготавливается до класса 1,0);

3) сильное влияние на показание ЭП магнитных полей.

Пределы измерения вольтметров определяются величиной добавочного сопротивления, а амперметра – количеством витков катушки (см. рисунки).