3. Вимірювання струмів, напруг, потужностей та енергії.

Для вимірювання струму будь-якої вітки електричного кола амперметр вмикають послідовно з елементами кола. В колах постійно­го струму звичайно застосовуються прилади магнітоелектричної системи і нечасто — електромагнітної системи. Для зменшення похибки вимірювання треба, щоб опір амперметра був значно меншим (на два порядки) за опір елемента вітки, в котрій вимірюється струм.

Для вимірювання напруги вольтметр вмикають паралельно до елемента, напругу на якому треба визначити. В колах постійного струму звичайно користуються приладами магнітоелектричної системи. Для зменшення похибки вимірювання опір вольтметра повинен бути великим (на два порядки більшим за опір елемента, на якому вимірюється напруга).

Потужність у колі постійного струму обчислюється за показаннями амперметра і вольтметра:

(1.4.1)

У випадках, коли немає змоги виміряти в водночас напругу і струм, вимірюють потужність електродинамічним ватметром.

Енергію в колах вимірюють звичайно електродинамічним лічильником.

С хему вмикання вимірювальних приладів наведено на рис. 1.4.1.

4. Вимірювання опору.

Е лектричний опір вимірюють кількома способами і найпростішим є метод амперметра-вольтметра. При вимірюванні опору за схемою, наведеною на рис.1.4.2,

(1.4.2)

Вимірюваний опір R_В відрізняється від дійсного R

(1.4.3)

тобто внутрішній опір амперметра R_А вносить похибку вимірювання. Тому така схема застосовується при вимірюванні досить великих опорів (R » R_А). Внутрішній опір ампермет­ра повинен бути не менше, ніж на два порядки нижчим за вимірюваний.

Д ля вимірювання малих опорів застосову­ють схему, наведену на рис. 1.4.3.

Ця схема використовується, коли вимірюваний опір не менше, ніж на два порядки нижчий за внутрішній опір вольтметра.

Б езпосередньо опір вимірюють омметром, котрий має набір додаткових резисторів та джерело живлення. Прилад працює за принципом вимірювання струму при постійній ЕРС. Шкала градуюється в одинцях опору.

Омметри мають велику похибку (клас точності 2,5) і нерівномірну (обернену) шкалу.

Точнішим є мостовий метод вимірювання опорів. Резистор R, опір якого вимірюється, вмикають в плече моста, опори R₁, R₂ і R₃ - відомі (рис. 1.4.4). У діагональ ab вмикають магнітоелектричний гальванометр. Гальвано­метр показує відсутність струму, коли RR₃ = R₁R₂,

5. Похибки вимірювання та приладів.

Показання будь-яких приладів завжди до якоїсь міри відрізня­ються від дійсних значень вимірюваної величини. Це зв'язано з недо­сконалістю вимірювальних приладів, методів вимірювання, впливом зовнішніх чинників (зовнішні магнітні та електричні поля, зміна тем­ператури, вологості тощо). Тому при вимірюванні необхідно, крім зна­чення величини, визначити також похибку вимірювання. Тобто треба знати точність, з якою проведено вимірювання, відхилення від дійсно­го значення вимірюваної величини.

За дійсне значення величини приймають значення, виміряне за до­помогою еталонних (зразкових) приладів.

Для характеристики точності приладів і вимірювання вводять по­няття похибки.

Похибки можна кваліфікувати:

а) за способом виразу похибки засобів і методів вимірювання (абсо­лютні, відносні, зведені);

б) за характером прояву (систематичні, випадкові, похибки оператора);

в) за умовами експлуатації (основні похибки і додаткові).

Похибку можна визначити в абсолютних або відносних величинах.

Абсолютна похибка - це різниця між виміряним та дійсним зна­ченням величини:

(1.4.4.)

де A_В - показання приладу (виміряна величина), А - дійсна величина.

Абсолютна похибка, що береться з оберненим знаком, називається поправкою.

Поправки в абсолютних значеннях наводяться в технічному паспорті електровимірювального приладу.

Звичайно точність вимірювання характеризується відносною похиб­кою — відношенням абсолютної похибки до дійсного значення вели­чини у відсотках:

(1.4.5)

Абсолютна і відносна похибки характеризують точність вимірювання і не характеризують вимірювальний прилад. Для характеристики точності електровимірювального приладу вводять поняття зведеної похибки, як абсолютну похибку у відсотках від номінальної величини приладу.

(1.4.6.)

де A_Н -номінальне значення (максимальне значення шкали приладу).

Зведена похибка визначає клас точності вимірювального приладу. Наприклад, якщо клас точності приладу дорівнює 0,5, то найбільша

зведена похибка складає γ = ±0,5%.

Часто при визначенні похибок з великою точністю можна за дійсне значення приймати виміряне значення.

Чутливістю приладу називають відношення переміщення стрілки до вимірюваної величини

(1.4.7.)

де n — відхилення стрілки в поділках.

Обернена величина

(1.4.8.)

називається сталою приладу або ціною поділки..

Ціну поділки також можна визначити

(1.4.9.)

де n_Н - число поділок шкали.

Абсолютна похибка за характером прояву визначається складовими:

а) систематична похибка;

б) випадкова похибка;

в) похибка оператора.

Систематична похибка зумовлена чинниками, які можна врахувати. Це може бути недосконалість вимірювального приладу, вплив зовнішніх умов (радіація, вологість, температура тощо), загальна недосконалість ви­мірювання (методична похибка) тощо. Систематична похибка залишається сталою або змінюється за визначеним законом. Отже, систематичну по­хибку можна врахувати за допомогою відповідних поправок.

Випадкова похибка виникає внаслідок окремих випадкових чин­ників, що не підлягають безпосередньому врахуванню. Випадкова похибка змінюється за випадковим законом, її не можна визначити дослід­ним шляхом. Оцінку випадкових похибок можна зробити методом теорії імовірності при великій кількості повторюваних вимірювань.

Похибка оператора звичайно виникає через помилковий запис, не­правильне визначення ціни поділки приладу тощо. Ця похибка значно відрізняє загальні результати вимірювань. Ці результати просто виклю­чають при обробці експерименту.

В залежності від умов експлуатації розрізняють основні та додаткові похибки.

Основною похибкою вважають похибку засобів вимірювання за нор­мальних умов експлуатації (відповідно до даних, наведених у паспорті приладу і на шкалі).

Нормальними кліматичними умовами вважають:

—температуру оточуючого середовища (20±5)°С;

— відносну вологість повітря (65:1:15)%;

— тиск (750±30) мм рт. ст.

Робочими кліматичними умовами вважають дійсні параметри ото­чуючого середовища, при котрих працює прилад.

Додатковою похибкою називають похибку засобів вимірювання, що виникає при відхиленні від нормальних кліматичних умов.

 Запам’ятайте:

- магнітоелектричні прилади застосовують для вимірювання по­стійних струмів та напруг. Вони також можуть використовуватися для вимірювання опорів як гальванометри.

- електродинамічні прилади можна використовувати як амперметри, вольтметри та ватметри у колах постійного та змінного струмів.

- прилади електростатичної системи використовуються тільки як вольтметри постійної і змінної напруги.

- приладами електромагнітної системи можна вимірювати як в колах постійного, так і в колах змінного струму.

- для розширення меж вимірювання амперметром використовують шунти.

Питання для самоконтролю:

1. Дайте визначення вимірювання.

2. Що називається вимірювальним приладом і що називається електровимірювальним приладом?

3. Від чого залежить точність вимірювання приладом?

4. Де застосовуються, будова, принцип дії, переваги і недоліки приладів магнітоелектричної, електромагнітної, електродинамічної і феродинамічної, індукційної системи?

5. Вимірювання сили струму і напруги.

6. Способи вимірювання опору.

 Тести:

1. Що позначається цифрою, котра дорівнює зведеній похибці у відсотках, що допускає прилад. ?

А. Тип відлікового пристрою.

В. Стійкості до механічних впливів.

Б. Клас точності.

2. У приладах якої системи обертаючий момент створюється внаслідок взаємодії сталого магніту з провідником зі струмом? Рухомою частиною може бути або рамка зі струмом, або сталий магніт, розташований на осі.

А. Електромагнітної.

В. Магнітоелектричної.

Б. Електродинамічної.

3. Приладах якої системи має нерухому котушку і розташовану на осі феромагнітну пластинку?

А. Електромагнітної.

В. Магнітоелектричної.

Б. Електродинамічної.

4. Прилади якої системи мають вимірювальний механізм, що складається з двох котушок: нерухомої і рухомої.

А. Електромагнітної.

В. Магнітоелектричної.

Б. Електродинамічної.

5. В яких приладах принцип дії ґрунтується на взаємодії обертового (або біжучого) магнітного поля з вихровими струмами у рухомій частині приладу?

А. Цифрових.

В. Електростатичних.

Б. Індукційних.

6. В яких приладах вимірювальний механізм приладу складається з металевих ізольованих пластин? Під дією потенціалу рухома пластина відхиляється, тобто створюється обертаючий момент, що пропорційний квадрату постійної напруги, або квадрату діючого значення синусоїдної напруги.

А. Цифрових.

В. Електростатичних.

Б. Індукційних.

7. В яких приладах вимірюють значення безперервної електричної величини в окремі моменти часу? Результат вимірювання подається в цифровій формі.

А. Цифрових.

В. Електростатичних.

Б. Індукційних.

8. Для вимірювання якої величини кола амперметр вмикають послідовно з елементами кола?

А. Опору.

В. Напруги.

Б. Струму.

9. Для вимірювання якої величини вольтметр вмикають паралельно до елемента, напругу на якому треба визначити?

А. Опору.

В. Напруги.

Б. Струму.

10. Яка схема застосовується при вимірюванні досить великих опорів (R » R_А)?

1 1. Яка схема використовується, коли вимірюваний опір не менше, ніж на два порядки за внутрішній опір вольтметра?