Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электрические измерения. Учебно-методическое пособие к изучению и выполнению практических работ по дисциплине «Электрические измерения» для студентов
.pdf
21
2.3.3 Электрические измерительные преобразователи
Электрические измерительные преобразователи предназначены для преобразования одной электрической величины в другую, более удобную для измерения. Устройства этого типа могут использоваться самостоятельно или яв-
ляться частью прибора.
Назначение и область применения преобразователя определяются:
1) входной величиной; 2) выходной величиной; 3) уравнением преобразо-
вания; 4) диапазонами изменения входной и выходной величин, для которых
погрешность преобразования не превышает допустимого значения.
В табл. 11 приведены схемы включения, входные и выходные величины,
назначение и уравнения преобразования.
Таблица 11 – Схемы включения, входные и выходные величины, назначение и уравнения преобразования
Схема включения преобразователя
Назначение и уравнение преобразования
Добавочный резистор
Расширение пределов измерения прибора
по напряжению (X=U, Y=Uп)
Шунт
Расширение пределов измерения прибо-
ров по току ((X=I, Y=Iп)
Резистивный делитель напряжения
Расширение пределов измерения прибора
по напряжению (X=U, Y=Uп)
Ёмкостный делитель напряжения
Расширение пределов измерения прибора
по напряжению (X=U, Y=Uп)
Измерительный трансформатор напряжения
Расширение пределов измерения прибора
по напряжению в цепях переменного тока (X=U, Y=Uп)
22
Измерительный трансформатор тока
Расширение пределов измерения прибора
по току в цепях переменного тока ((X=I,
Y=Iп)
Термопреобразаватель
Преобразователь тока высокой частоты в
постоянную ЭДС для измерения токов
высокой частоты приборами постоянного
тока ((X=I, Y=Ет)
Измерительный выпрямитель однополупериодный
Преобразователь переменного напряже-
ния в постоянное (X=U, Y=Uп)
Измерительный выпрямитель
двухполупериодный
Преобразователь переменного напряже-
ния в постоянное (X=U, Y=Uп)
Измерительный усилитель
Различные преобразования входного
напряжения и согласование сопротивлений (Х=u, Y=uп):1) пропорциональное
преобразование u
п
= ±к
u;
2) интегрирова-
ние
3)дифференцирование
где к – коэффициент усиления
Суммирующий усилитель
Алгебраическое суммирование и масшта-
бирование
23
2.3.4 Отсчётные и регистрирующие устройства
Отсчетные устройства служат для считывания числового значения изме-
ряемой величины с прибора.
Отсчетные устройства аналоговых приборов состоят из шкалы и указате-
ля. Указатель может быть стрелочный или световой. На рис. 2.1 показаны стрелочные указатели технического (а) и лабораторного (б) приборов. Шкала последнего снабжена зеркалом для устранения паралакса. На рис. 2.2 приведена
схема гальванометра со световым указателем, который состоит из осветителя 1,
позволяющего получить узкий световой луч (ход луча указан пунктиром), фокусируемый на шкале 2 после отражения от поворотного зеркала 3 гальванометра.
В отсчетных устройствах цифровых приборов значение измеряемой вели-
чины получают в виде комбинации цифр, обычно в десятичной системе (рис.
2.3). Набор цифр может быть считан со светового (рис. 2.3,а) или механическо-
го (рис. 2.3,6) табло. В приборах ручного уравновешивания, например измерительных мостах, комбинация цифр считывается с лимбов или рукояток
устройств уравновешивания
Рисунок 2.1 – Стрелочные указатели технического (а) и лабораторного (б)
приборов.
Рисунок 2.2 – Схема гальванометра со световым указателем
24
3. Методы измерения
3.1 Измерение силы тока, напряжения и мощности в электрических цепях
Амперметры (А), миллиамперметры (шА), микроамперметры (рА) и галь-
ванометры используют для прямого измерения тока. Гальванометры применяют также для индикации тока, т. е. как указатели наличия или отсутствия тока.
Измерительные приборы могут быть одно- и многопредельными.
Приборы включают в цепь последовательно с ветвью, в которой произво-
дится измерение тока. Ток прибора равен току ветви.
Погрешность измерения вызвана увеличением сопротивления ветви, в ко-
торую включен прибор.
В простейшей электрической цепи (рис.3.1, а) нагрузка (сопротивление
rн) подключена к зажимам источника питания с напряжением U. Режим работы
этой цепи характеризуется силой тока I, протекающего по ней, напряжением U
на нагрузке и мощностью Р. Для их измерения в проверяемую цепь включены
соответствующие электроизмерительные приборы: амперметр А и токовая катушка ваттметра W последовательно с нагрузкой, а вольтметр V и катушка
напряжения ваттметра W - параллельно нагрузке (рис. 3.1, б).
Рис. 3.1 - Электрическая цепь: а - без измерительных приборов;
б - с включенными приборами для измерения тока, напряжения и мощности
Только при правильном выборе электроизмерительных приборов и их
включении в проверяемую цепь возможно с достаточной точностью измерить
соответствующие величины.
При пусконаладочных работах обычно используют переносные приборы
класса точности 0,5–1 и только в отдельных случаях, например при измерении
параметров и характеристик электрических машин, электроизмерительные
приборы повышенной точности. Для измерения в цепях постоянного тока следует применять магнитоэлектрические приборы, имеющие равномерную шкалу, обладающие высокой точностью и стабильностью показаний и не подверженные влиянию внешних магнитных полей. Для измерения силы тока и
напряжения в цепях переменного тока, как правило, используют электромаг-
нитные приборы, а для измерения мощности - электродинамические или ферродинамические ваттметры.
Необходимо оценивать порядок измеряемой величины и подбирать при-
бор на такой предел измерения, чтобы показания его можно было снимать в
конце шкалы или во второй ее половине.
25
Следует помнить, что любой электроизмерительный прибор имеет опре-
деленное электрическое сопротивление и, будучи включенным в электрическую цепь, потребляет некоторую мощность. Следовательно, включение элек-
троизмерительных приборов в проверяемую электрическую цепь в какой-то
мере изменяет ее параметры и режимы, а сами измерительные приборы покажут не действительные величины, определяющие режим работы проверяемой
цепи, а характеризующие режим работы уже другой электрической цепи, обра-
зованной после включения в нее электроизмерительных приборов.
Магнитоэлектрические приборы (табл. 12) применяют для измерений в це-
пях постоянного тока. Они надежны в работе, позволяют получать измерения с
большой точностью, имеют равномерную шкалу, не подвержены влиянию магнитных полей и колебаниям температуры окружающего воздуха. На основе этих
приборов изготавливают приборы, предназначенные для измерения в цепях пере-
менного тока, снабжая их выпрямителями или термопреобразователями.
Магнитоэлектрические приборы широко используют при общеналадоч-
ных работах, не требующих высокой точности измерения, при специальных видах наладочных работ, связанных с определением параметров отдельных видов
оборудования, а также для проверки других электроизмерительных приборов,
при которых требуется повышенная точность измерения.
Таблица 12 - Характеристика магнитоэлектрических приборов
Наименование и тип
прибора
Класс точности
Предел измерения
Ток потребления
и падение напряже-
ния на приборе
Амперметр MI 104
0,2
0,75; 1,5; 3; 7,5; 15; 30;
75; 150 мА
27; 55; 68; 80; 80; 80;
80 мВ
0,3
0,75
45 мВ и 3 В
1 мА
Вольтметр MI 106
0,2
45 и 75 мВ; 0,15; 0,3;
0,75; 1,5; 3; 7,5; 15; 30;
75; 150; 750 В
1 мА
3 мА
68 мВ
Милливольтметр MI
105
0,2
45 и 75 мВ, 3 В
1 мА
3 мА
68 мВ
Милливольтметр MI
105
0,2
45 и 75 мВ, 3 В
1 мА
Вольтамперметр MI
107
0,2
45; 75; 150; 300; 750 мВ
1 мА
1,5; 3; 7,5; 15; 30; 75; 150;
300; 600 В
1 мА
0,75
1,5
0,3
0,75
Вольтамперметр MI
0,2
45 и 75 мВ
1 мА
26
Наименование и тип
прибора
Класс точности
Предел измерения
Ток потребления
и падение напряже-
ния на приборе
108
1,5; 3; 7,5; 15; 30; 75; 150;
300 В
1 мА
0,3
0,75
Вольтамперметр MI
109
0,2
0,15
0,3
1,5; 3; 7,5; 15; 30; 75; 150;
300 В
1 мА
0,3
0,75
Вольтамперметр MI
109
0,2
0,15; 0,3; 0,6; 1,5; 6; 15; 60
мА
15; 45; 65; 65; 75; 75;
75 мВ
15; 30; 60; 150; 300;. 600;
1500; 3000 мВ
0,15 мА
Амперметр М104
0,5
0,015; 0,03; 0,075; 0,15;
0,3; 0,75; 1,5; 3; 7,5; 15; 30
А
32–47 мВ; 48–68 мВ;
87–175 мВ
Милливольтметр
M105
0,5
45 мВ; 75 мВ
150; 300; 750; 1500;
3000 мВ
Вольтметр M106
0,5
45 и 75 мВ
3; 7,5; 15; 30; 75; 150;
300; 600 В
Микроамперметр
М108
0,5
45 и 75 мВ 3; 15; 75; 150;
300 В
4,5 и 4 мВ соответ-
ственно 3 мА
0,75; 1,5; 3; 7,5; 15; 30 А
84–240 мВ
Микроамперметр
М109
0,5
50; 100; 500; 1000 мкА
81–780 мВ
10; 50; 200; 1000 мкА, 49,5–490 мВ
Миллиамперметр
M109
0,5
2; 10; 50; 200 мА
27–200 мВ
Амперметр М109
0,5
1; 2; 5; 10 А
50 мВ
Милливольтметр
М109
0,5
10; 50; 200; 1000 мВ
1 мА
45; 75; 150; 3000 мВ
1 мА
Вольтметр М109
0,5
7,5; 15; 30 В
3 мА
75; 150; 300; 600 В
3 мА
Микроамперметр
М95
То же, с универсаль-
ным шунтом Р4
1,5
—
Для расширения пределов измерения постоянного тока применяют шунты.
Последовательно с нагрузкой Н включают шунт, а уже к нему подсоединяют
амперметр (рис. 2). Очевидно, зная сопротивление шунта r
ш
, сопротивление
обмотки прибора rА, можно определить коэффициент К, показывающий, во
сколько раз возможно расширить предел измерения по току из соотношения:
rш= 10/19 = 0,526 Ом.
27
Рис. 3.2 - Схема включения амперметра с шунтом
Если же известны коэффициент К и сопротивление обмотки прибора,
можно, пользуясь тем же соотношением, определить сопротивление шунта.
Для расширения пределов измерения вольтметров на постоянном токе
применяют добавочные резисторы. Если вольтметр без добавочного резистора
рассчитан на измерение напряжения до U В и имеет сопротивление r
в
Ом, то для
измерения напряжения, в К раз большего, необходимо, чтобы общее сопротивление обмотки вольтметра и добавочного резистора было также в К раз больше
сопротивления обмотки вольтметра. Промышленностью выпускаются различ-
ные шунты (табл. 13) и добавочные резисторы (табл. 14) для расширения пределов измерения приборов постоянного тока.
Электромагнитные приборы используют преимущественно для измере-
ния в цепях переменного тока. Они надежны в эксплуатации, просты по конструкции и недороги, а также позволяют производить измерения при выполне-
нии большинства общеналадочных работ с достаточной точностью.
Таблица 13 - Номинальные параметры шунтов
Тип
шунта
Класс точ-
ности
Номинальное падение
напряжения, В
Номинальный ток, А
Р81
0,1
45
0,15–0,3–0,75; 1,5–3; 7,5–15; 30
P114/1
0,1; 0,2
45
75; 150; 300
75РИ
0,1; 0,2
75
Двухнедельные: 0,3–0,75; 1,5–7,5; 15–30;
однопредельные: 75; 150
75ШС
0,5
75
5; 10; 30; 50
75ШСМ
0,5
75
75; 100; 150; 200; 300; 500; 750; 1000; 1500;
2000; 3000; 4000; 5000; 6000; 7500
100LUC
0,5
100
2000; 3000; 4000; 5000; 6000
28
Таблица 14 - Номинальные параметры добавочных резисторов к вольт-
метрам
Тип сопротивления
Класс точности
Параметры
вольтметра
Номинальное напряжение сопротивления, В
Р82/2
0,1
3 мА, 3 В
7,5–15–30–75–150–300–600
Р82/3
0,1
3 мА, 3 В
750–1500
Р 10З
0,5
3 мА
1000; 1500; 600
Р10З
0,5
5 мА
1000; 1500; 3000
Р 10З
0,5
7,5 мА
600; 1000; 1500
Для специальных наладочных работ, связанных с определением точных
параметров отдельных видов оборудования, и проверок других измерительных
приборов, при которых требуется повышенная точность измерения, электро-
магнитные приборы не используют.
Приборы Э59 электромагнитной системы класса точности 0,5, имеющие
шкалу с зеркальным отсчетом - многопредельные, - выпускаются для измере-
ния напряжения (вольтметры Э59/1, Э59/2 и Э59/10) и силы тока (амперметры
Э59/3, Э59/4, Э59/5, Э59/6 и миллиамперметры Э59/7, Э59/8, Э59/9). Нормаль-
ная область частот - 45–55 Гц. Вольтметр Э59/10 снабжен калиброванными
проводниками с общим сопротивлением 0,035 Ом. Пределы измерения в этом
приборе изменяются подключением калиброванных проводников к соответ-
ствующим зажимам.
Остальные приборы этой серии имеют поворотный переключатель преде-
лов измерения. Основные данные приборов Э59 приведены в табл. 15.
Таблица 15 - Основные данные приборов Э59
Наименование
Т
ип
Предел
измерения
Активное
сопротивление
Индуктивность, мГ
Вольтметр
Э
59/1
75/150/300/600 В
10/20/40/80 кОм
—
Э
59/2
7,5/15/30/60 В
83,3/166,7/1000/2000 Ом
—
Амперметр
Э
59/3
5/10 А
0,01/0,004 Ом
0,003/0,001
Э
59/4
2,5/5 А
0,015/0,005 Ом
0,009/0,0023
Э
59/5
1/2 А
0,05/0,014 Ом
0,052/0,013
Э
59/6
0,25/0,5/1 А
0,7/0,019/0,05 Ом
0,93/0,23/0,06
Миллиамперметр
Э
59/7
50/100/200 мА
20/5/1,3 Ом
22/5,5/1,3
Э
59/8
25/50/100 мА
75/19/4,8 Ом
92/23/5,7
29
Наименование
Т
ип
Предел
измерения
Активное
сопротивление
Индуктивность, мГ
Э
59/9
10/20/40 мА
140/135/34 Ом
540/135/34
Электродинамические приборы используют при наладочных работах реже
приборов магнитоэлектрической и электромагнитной систем, поскольку они,
имея слабое внутреннее магнитное поле, при работе подвержены влиянию
внешних магнитных полей и потребляют значительную мощность. Однако эти
приборы пригодны для измерения силы тока, напряжения и, что особенно важ-
но, мощности в цепях постоянного и переменного тока.
Комбинированные малогабаритные приборы (ампервольтомметры и воль-
томметры) — универсальные многопредельные измерительные приборы детек-
торной системы. Они предназначены для измерения в цепях постоянного и переменного тока силы тока, напряжения и сопротивления (ампервольтомметры)
или напряжения и сопротивления (вольтомметры).
Для удобства выбора прибора при проведении наладочных работ ниже
приведена сводная таблица электрических характеристик комбинированных ма-
логабаритных детекторных приборов (табл. 16).
Таблица 16 - Комбинированные малогабаритные детекторные приборы
Характеристика
Прибор
ТТ3
Ц57
Ц435
АВО5М
Ц430 и Ц430/1
Класс точности при:
постоянном токе
2,5
1,5
2,5 3 2,5 и 4
переменном токе
4
2,5 4 5
4 и 4
Напряжение, В
постоянное
0,1–1–3– 10–
30–100– 300–
1000
0,075–3– 7,5–
15–30– 150–
300– 600
0,1–2,5–
10–25–
100– 250
600–1000
3–12–30– 300–
600– 1200–6000
переменное
1–3–10–30–
100–300–
1000
3–7,5–15– 30–
150– 300–600
2,5–10–25–
100–250–
500–
3–12–30–
300–600–
1200–6000
3–6–15– 60–150–
300–600
Ток, мА, постоянный
0,1–0,3– 3–
30–300– 3000
0,15–3–15–
60–300– 1500
1000
0,1–1–5–
25–100–
500–2500
0,06–0,3– 3–30–
120–1200– 12 000
Ток, мА, переменный
2–20–900–
9000
3–30–300–
3000
5–25–100–
500–2500
3–30–300–
3000
3–30–300– 3000
Измеряемое сопротивле-
ние, кОм
~20 000
~20 000
— — ~20 000
Внутреннее сопротивление при постоянном токе,
кОм/В
40
20
20
20
8
30
Непосредственное измерение напряжения.
Электромеханическими приборами, например авометрами, можно изме-
рять напряжения в цепях с сопротивлением до нескольких сотен ом на 1 В рабочего напряжения. В рассматриваемом примере сопротивление всей проверяемой
цепи равно 90 000 Ом, а напряжение источника питания этой цепи - 450 В. Та-
ким образом, сопротивление проверяемой цепи, отнесенное к 1 В рабочего
напряжения, составляет 90000 : 450 = 200 Ом. При пользовании прибором ТТ-3,
у которого внутреннее сопротивление равно 10 000 Ом на 1 В, то есть в 50 раз
больше, чем в проверяемой электрической цепи; погрешность, вносимая прибором, составила меньше одного процента. Если бы эта цепь питалась от источника с напряжением 4,5 В, то на 1 В рабочего напряжения приходилось бы уже 20
000 Ом и тот же прибор ТТ-3 на пределе измерения 3 В имел бы внутреннее со-
противление 30 кОм (те же 10 000 Ом на 1 В), но погрешность, вносимая прибо-
ром в результат измерения, была бы недопустимо большой.
В определенных случаях, в частности при наладке электронной аппарату-
ры, приходится измерять напряжение в контролируемых цепях, имеющих сопротивления десятки тысяч ом на 1 В рабочего напряжения (сеточные и анодные
цепи электронных ламп, цепи коллекторов полупроводниковых триодов и др.).
Для этого используют приборы с очень большим внутренним сопротивлением,
обычно не изменяющимся при работе на разных пределах измерения. К таким
приборам относятся электростатические вольтметры и электронные вольтметры
на электронных лампах и полупроводниковых приборах.
Электростатический вольтметр С50, однопредельный прибор класса точ-
ности 1, предназначен для измерения напряжения в цепях постоянного тока и
переменного тока с частотой от 20 Гц до 10 МГц. Приборы выпускают на 30, 75,
150, 300, 450, 600, 1000, 1500 и 3000 В. Входная емкость вольтметров на 30, 75–
450 и 600–3000 В соответственно составляет 10,7 и 4 пФ. Активное сопротивление вольтметра не менее 10 000 МОм. Прибор имеет шкалу со световым указателем. Осветительное устройство питается от сети 127 и 220 В переменного тока
или источника постоянного тока напряжением 6 В. Резистор, встроенный в корпус прибора, служит для ограничения тока при случайном замыкании его электродов. Аналогично прибору С50 устроены и другие электростатические приборы (С70, С71, С95 и С100), имеющие другие пределы измерения и обладающие
очень большим внутренним сопротивлением (не менее 10 000 МОм). Однако
относительно большая входная емкость препятствует их использованию при из-
мерениях напряжений высокой частоты (например, в анодных цепях широкополосных усилителей).
Электронные вольтметры, имеющие достаточно высокое сопротивление и
малую входную емкость, получили широкое распространение при измерениях в
высокоомных и маломощных цепях, преимущественно при испытаниях элек-
тронных приборов и устройств.
Электронный вольтметр обычно включает входной делитель напряжения,
усилитель мощности и показывающий магнитоэлектрический прибор. Выпускаются различные электронные вольтметры для измерения постоянного и пере-
менного напряжения.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]