Міністерство освіти і науки України

Запорізький електротехнічний коледж

Запорізького національного технічного університету

ЗАТВЕРДЖЕНО

Протокол засідання

ПЦК «Електричних машин і апаратів»

від __.__.____ № __

Голова ПЦК _______

О.М. Новікова

Електричні вимірювання

Конспект лекцій для спеціальності

«Економіка підприємства»

Викладач І.Г. Ільїна

2010

ВСТУП

Вимірювання є одним з основних способів пізнавання природи, її явищ і законів. Кожному новому відкриттю в області природних і технічних наук попереджує велика кількість різноманітних вимірювань. Німецький фізик Г.Ом встановив основний закон електричного кола (закон Ома) у 1826р. шляхом ряду точних експериментів, а у 1827р. дав йому теоретичне обґрунтування. Важливу роль вимірювання відіграють також у створені нових машин, споруд, підвищені якості продукції та ефективності виробництва.

Цей конспект лекцій призначений для студентів електротехнічних спеціальностей технікуму. У ньому наведені основи теорії електричних вимірювань, методи вимірювань електричних, магнітних та неелектричних величин, а також розглянуті технічні засоби, які застосовуються при електричних вимірюваннях. Для зручності користування конспект має поля для додаткових записів. Для виконання домашніх розрахункових графічних робіт конспект містить типові контрольні завдання з основних тем.

ЗМІСТ

Вступ 2

Тема 1 Види і методи електричних вимірювань

Класифікація похибок 3

Тема 2 Засоби вимірювання електричних величин 6

Тема 3 Загальні відомості про електромеханічні вимірювальні прилади 9

Тема 4 Магнітоелектричні механізми та пристрої 12

Тема 5 Електромагнітні механізми та пристрої 14

Тема 6 Електродинамічні механізми та пристрої 16

Тема 7 Індукційні механізми та прилади 17

Тема 8 Електростатичні механізми та пристрої 18

Тема 9 Електронні аналогові пристрої 20

Тема 10 Електронно – променеві осцилографи 23

Тема 11 Цифрові вимірювальні пристрої 26 Тема 12 Вимірювання струму та напруги. Вимірювання постійного

та змінного струму 30 Тема 13 Вимірювання електричної потужності та енергії 35 Тема 14 Вимірювання частоти та зсуву фаз 39 Тема 15 Вимірювання параметрів електричних кіл 42 Тема 16 Методи і засоби вимірювання магнітних величин 47 Тема 17 Поняття про вимірювання неелектричних величин

електро – вимірювальними приладами 50 Головне 53 Теми рефератів та доповідей 53 Контрольні питання 54 Вказівки до виконання типових контрольних завдань 55 Завдання 1 Похибки прямих вимірювань 56 Завдання 2 Похибки опосереднюваних вимірювань 58 Завдання 3 Перетворювачі струмів та напруг 60 Завдання 4 Електромеханічні прилади 62

Завдання 5 Вимірювання активної та реактивної потужності при з'єднанні споживача зіркою 66 Завдання 6 Вимірювання активної та реактивної потужності при

з'єднанні споживача трикутником 68

Завдання 7 Електронно–променевий осцилограф 70

Завдання 8 Обробка результатів вимірювань 72

Завдання 9 Місткові кола 75

Тема 1 : Види і методи електричних вимірювань. Класифікація похибок

Вимірюванням називається пізнавальний процес порівнювання вимірювальної величини з деяким значенням тієї ж величини, прийнятої за одиницю. Фізичні величини вимірюються технічними засобами – засобами вимірювання.

В залежності від способу отримання результатів вимірювання поділяють на два види: прямі і непрямі (опосередковані).

Прямими називають вимірювання, коли значення фізичної величини визначають безпосередньо за показаннями вимірювальних приладів.

До них відносять вимірювання струму амперметром, електроенергії лічильником, напруги вольтметром та інші.

Опосередкованими називають вимірювання, при яких шукане значення вимірювальної величини знаходять на основі відомої залежності між цією величиною та величинами, отриманими в результаті прямих вимірювань.

Прикладом може бути визначення електричного опору К за показаннями вольтметра Uv амперметра Іa:

R = Uv / Ia

В залежності від способів і засобів вимірювання розрізняють методи безпосередньої оцінки і методи порівнювання.

Метод безпосередньої оцінки полягає в тому, що значення вимірювальної величини визначають безпосередньо за відліковим пристроєм вимірювального приладу (значення струму – за амперметром, значення напруги – за вольтметром тощо).

Цей метод оцінки простий, але має порівняно невисоку точність.

Метод, порівнювання полягає в тому, що вимірювальна величина порівнюється з величиною, відтворювальною мірою.

Цей метод забезпечує велику точність вимірювання в порівнянні з методом безпосередньої оцінки, але процес вимірювання ускладнюється.

Метод порівнювання має кілька різновидів: нульовий, диференційний і заміщення .

При нульовому методі результуючий ефект дії порівнювальних величин на вимірювальному приладі доводиться до нуля (вимірювання електричного опору за допомогою урівноважувального мосту).

При диференціальному методі на вимірювальний пристрій діє різниця вимірювальної величини і величини, відтворювальної мірою (вимірювання електричного опору за допомогою неврівноваженого мосту).

При методі замащення вимірювальну величину заміняють відомою величиною, відтворювальною мірою. При цьому, шляхом зміни відомої величини, досягають такого ж показання приладу, яке було при дії вимірювальної величини.

В зв'язку з тим, що абсолютно точних приладів немає, кожний засіб

вимірювання характеризується похибкою.

За способом вираження похибки вимірювання поділяються на абсолютні, відносні та зведені.

Абсолютна похибка ∆ – це різниця між показанням приладу А і дійсним значенням вимірювальної величини Ад :

∆=А – А_Д.

Відносна похибка δ уявляє собою відношення абсолютної похибки ∆ до дійсного значення вимірювальної величини А. Частіше відносна похибка виражається в відсотках:

δ= ± (∆/А_Д)*100

Зведена похибка у уявляє собою відношення абсолютної похибки А до нормуючого значення Аn вимірювальної величини:

γ= ± (А/А_N)*100

Нормуюче значення звичайно приймають рівним верхній межі вимірювання для даного приладу. За характером дії похибки поділяють на систематичні та випадкові.

Систематична похибка – це похибка, що лишається незмінною або змінюється за визначеним законом. її значення завжди можна урахувати, ввівши поправку.

Випадкова похибка – це похибка, що змінюється за випадковим законом. Випадкові похибки неможливо виключити дослідним шляхом, їх вплив можна зменшити приведенням багаторазових вимірювань.

В залежності від умов експлуатації розрізняють основну та додаткову похибку засобів вимірювання .

Основна похибка — це похибка засобів вимірювання, які перебувають в нормальних умовах експлуатації (температура зовнішнього середовища, вологість, атмосферний тиск, напруга та частота живлення, зовнішні електричні та магнітні поля тощо).

Додаткова похибка – це похибка засобів вимірювання, яка виникає при відхиленні цих умов від нормального значення.

Рівень точності засобів вимірювання характеризується класом точності. Для електровимірювальних приладів встановлені такі класи точності : 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5 ;4.

Цифри вказують основну зведену похибку γ в відсотках. Основні абсолютна ∆ і відносна δ похибки можуть бути представлені в цьому випадку в вигляді:

∆=±γ*А_N/100,

δ =±γ * А_N/А.