1.4 Электрические измерения

Общие сведения об электрических измерениях и электроизмерительных приборах: физические величины и единицы их измерения; средства измерений (меры, измерительные приборы, измерительные преобразователи); прямые и косвенные измерения; погрешности измерений; классификация электроизмерительных приборов; условные обо­значения на электроизмерительных приборах; общие детали и узлы электроизмерительных приборов.

Измерение тока и напряжения: магнитоэлектрический измерительный механизм; электромагнитный электроизмерительный механизм; приборы и схемы для измерения электрического тока; приборы и схемы для измерения электрического напряжения; расширение пределов из­мерения амперметров и вольтметров.

Измерение мощности и энергии: электродинамический измери­тельный механизм; измерение мощности в цепях постоянного и перемен­ного тока; индукционный измерительный механизм; измерение электри­ческой энергии индукционным счетчиком.

Измерение электрического сопротивления: измерительные меха­низмы омметров (однорамочный, двухрамочный мегаомметр); косвен­ные методы измерения сопротивления; методы и приборы сравнения для измерения сопротивления (метод сравнения измеряемого сопротив­ления с образцом, метод замещения, одинарная мостовая схема).

Лабораторная работа 3 (вариант а или б): а) Исследование методов измерения сопротивлений с применением омметров, измерительных мос­тов, мегаомметра; б) Проверка измерительного прибора.

Литература: [3] (§8.1-8.7); [4] (§6.1-6.4); [5] (задачи 6.1; 6.3; 6.5; 6.10; 6.12; 6.16; 6.17); [6].

Задачи и вопросы для самопроверки

1. Какие погрешности называются: а) абсолютной? б) относительной? Решите задачу: при измерении напряжения на резисторе вольт­метр показал 13,5 В, его внутреннее сопротивление 0,1 Ом. Определите абсолютную и относительную погрешности измерения. Ответ: 0,5 В; 3,57 %.

2. Для измерения ЭДС генератора к его выводам при холостом ходе присоединили вольтметр с сопротивлением 1200 Ом. Внутреннее сопротивление генератора 0,6 Ом. Определите относительную погреш­ность измерения. Ответ: -0,5%.

3. Каким образом можно классифицировать электроизмерительные приборы?

4. На какие классы точности делятся электроизмерительные приборы? Что указывает класс точности 0,5?

5. Какими условными знаками по шкале обозначаются приборы магнитоэлектрической, электромагнитной, электродинамической и индукционной систем?

6. Поясните устройство и принцип работы магнитоэлектрической системы. Каково назначение противодействующих пружин? Как рабо­тает магнитоиндукционное успокоение в приборе?

7. Можно ли магнитоэлектрическим прибором производить измерения в цепях переменного тока? При каком условии?

8. Поясните устройство и принцип действия прибора электромагнитной системы. Какие меры принимают для ограничения влияния внешних магнитных полей на работу прибора? Каким образом осу­ществляется успокоение подвижной части такого прибора?

9. Каким образом можно расширить пределы измерения тока и напряжения при постоянном токе?

10. Миллиамперметр рассчитан на ток 200 мА и имеет чувствительность 0,5 дел/мА. Чему равны число делений шкалы, цена деления и измеряемый ток, если стрелка отклонилась на 30 делений? Ответ: 100; 2 мА/дел; 60 мА.

11. Почему сопротивление обмотки амперметра должно быть малым, а вольтметра большим по сравнению с сопротивлением нагрузки?

12. Что произойдет в электрической цепи при параллельном включении амперметра?

13. Для измерения напряжения на лампе в цепь последовательно с ней включили вольтметр. Как будет вести себя лампа?

14. Поясните методику расчета шунта для расширения пределов измерений токов. Начертите схему включения прибора с внешним шунтом.

15. Определите сопротивление шунта для магнитоэлектрического миллиамперметра, номинальный ток которого 5 мА и сопротивление 20 Ом, если шунтирующий множитель р=6. Ответ: 4 Ом.

16. Амперметр с внутренним сопротивлением R_a должен измерять токи в 10, 100, 1000 раз больше его номинального значения. Найти необходимые отношения сопротивлений шунтов и амперметра. Ответ: 9; 99; 999.

17. Многопредельный вольтметр имеет четыре предела измерения: 3, 15, 75 и 150 В. Номинальный ток прибора 30 мА. Определить добавочные сопротивления R₁, R₂, R₃, R₄ включаемые последовательно с прибором, если его внутреннее сопротивление 10 Ом. Ответ: R₁ = 90 Ом; R₂= 400 Ом; R₃ = = 2000 Ом; R₄=2500 Ом.

18. Поясните устройство и принцип действия электродинамического измерительного прибора. Чем он отличается от ферродинамического? Какая катушка прибора включается последовательно в цепь? Можно ли таким прибором измерять переменный ток?

19. Почему ферродинамические приборы обычно используют в качестве самопишущих? Каков их класс точности?

20. Начертите схему включения электродинамического ваттметра для измерения мощности, потребляемой лампами.

21. В цепи постоянного тока мощность измерили методом амперметра и вольтметра. Показания амперметра 10 А ± 1%, а вольтметра 100 В ± 2%. Определите потребляемую мощность и относительную погрешность измерения. Ответ: 1000 Вт ± 3%.

22. Для измерения мощности потребителя постоянного тока с номи­нальным напряжением 220 В, в цепь включили электродинамический ваттметр с U_ном= 220 В и I_ном= 5 А. Сопротивление последовательной обмотки 0,2 Ом. Определите мощность потребителя и цену деления шкалы, если последняя имеет 150 делений.

23. Поясните устройство и принцип действия индукционного прибора. Почему такой прибор должен иметь две катушки?

24. Начертите схему включения индукционного прибора в сеть для измерения энергии, расходуемой потребителем.

25. Мощность потребителя 2 кВт. Какое время работал счетчик, если он сделал 40 оборотов, а постоянная счетчика 1400 Вт·с/об? Ответ: 28 с.

26. Диск счетчика сделал 18,8 об/мин. Нагрузкой являются три одинаковых по мощности лампы, включенные параллельно. Определите мощность лампы, если на счетчике написано: 2500 оборотов диска соот­ветствуют 1 кВт·ч. Ответ: 150 Вт.

27. Какими методами можно измерить сопротивление? Особенности каждого метода?

28. Начертите схемы измерения сопротивления изоляции между: а) проводом и землей; 6) двумя проводами.

29. Каковы особенности механизма типа логометра?