Лекция 41 Электрические измерения

Объектами электрических измерений являются все электрические и магнитные величины: ток, напряжение, магнитный поток и т.д.

Электр. приборами измеряют и неэлектрические величины: температура, давление и т.д., которые для этой цели преобразуются в пропорциональные им электрические величины. Остановимся подробнее на цифровых приборах. Микропроцессоры позволяют существенно повысить точность и производительность измереницй, позволяя дополнительно производить запоминание и обработку результатов измерений. Для исследования сложных объектов применяют автоматические измерительные системы.

Измерение любой физической величины заключается в её сравнении с эталоном. Различают прямые измерения (ток в цепи) и косвенные (сопротивление по данным измерений тока и напряжения).

Погрешности измерения и классы точности.

Абсолютная погрешность: ΔА=А_из-А.

Относительная погрешность: γ_o=(ΔА/А) 100%.

Приведенная погрешность: γ_пр=(ΔА/А_ном) 100%.

Класс точности прибора определяет допустимую погрешность в пределах классов точности приборов:0.05, 0.1, 0.2, 0.5, 1, 1.5, 2.5, 4.

Потребление энергии приборами.

Включение прибора в электрическую сеть изменяет режим работы сети.

Прибор не должен существенно влиять на параметры работа цепи.

На рис.12.2 А- измеряет ток, а V-напряжение на R.

V/I=R’=R+R_a. R=R’ (1-R_a/R’). Чем меньше R_a, тем точнее показания.

На рис. 12.3 I’=I+I_v.

I’=I+I_v, G’=I’/V=G+G_v =1/R+1/R_v. Чем больше R_v, тем точнее показания.

Механические узлы приборов.

Подвижная часть прибора располагается на растяжках (упругие ленты из бериллиевой или оловянно- цинковой ленты), которые могут служить для подвода тока к подвижной части прибора (Рис. 12.4). Кварцевые растяжки применяют на зеркальных гальванометрах (рис.12.6).

Противодействующий момент создаётся спиральной пружиной (рис.12.5).

Грузила 6 на рис. 12.5 уравновешивают подвижную часть прибора.

Для быстрого измерения нужна система успокоителей. Магнитоиндукционные успокоители (рис.12.7А) основано на взаимодействии вихревых токов, индуцированных в магнитном поле постоянных магнитов 2 в алюминиевой подвижной пластине 1.

В воздушных успокоителях для торможения используют разность давлений воздуха в закрытой камере по обе стороны легкого алюминиевого крыла (рис.12.7Б).

подвижного алюминиевого крыла.

Системы показывающих приборов.

Магнитоэлектрическая система.

Вращающий момент создаётся взаимодействием измеряемого постоянного тока в катушке механизма с полем постоянного магнита. На рис. 12.8 показана система с подвижной катушкой в воздушном зазоре постоянного магнита. Магнитную цепь механизма составляет постоянный магнит 1, магнитопровод 2, полюсные наконечники 3 и цилиндрический сердечник 4.

Магнитное поле тока I в активной части проводников длиной L взаимодействует с магнитным полем магнита индукцией В силой F=B I L.

Возникает вращающий момент

M_вр =2F ω d/2=k I

Диаметр каркаса d ,ω-число витков катушки.

Электромагнитная система.

Вращающий момент обусловлен действием магнитного поля измеряемого тока в неподвижной катушке 2 на подвижный ферромагнитный якорь 1 (рис. 12.11).

Вращающий момент равен

М_вр =I² dL(α)/(2 d(α)²,

где L(α)- и I индуктивность и ток в катушке.

Если ток синусоидальный, то I=C(α) √ α, где C(α)-цена деления. Аналогичная зависимость и для постоянного тока I.

Недостаток прибора -неравномерная цена деления, но он прост в изготовлении, дешев и допускает большие перегрузки.

Электродинамическая система

Вращающий момент создаётся взаимодействием двух катушек с токами.

Катушка 1 подвижна, катушка 2- неподвижна. Пружина 3 служит для создания противодействующего момента и подвода тока в подвижную катушку. Магнитный момент равен:

М_вр =I₁ I₂ dL(α)/d(α)

Ток пропускается последовательно через катушки 1 и 2. Система может быть использована для измерения напряжения V, тока I и мощности Р=VI.

Цена деления неравномерна, но приборы могут быть использованы для измерений при постоянных и переменных токах.

Другие системы..

Под действием измеряемого напряжения заряжаются подвижные 1 и неподвижные2 пластины (см. рис.12.14). Возникающие при этом электростатические силы притяжения создают вращающий момент.

Противодействуют этому пружины. Прибор пригоден для измерения напряжения в цепях постоянного и переменного тока.