Измерительные мосты

Измерительные мосты - устройства, предназначенные для измерения параметров электрической цепи (сопротивления, емкости, индуктивности и т.д.) методом сравнения. В них измеряемая величина сравнивается с эталоном. Это может осуществляться вручную или автоматически, на постоянном или переменном токе. В простейшем случае мостовая схема содержит четыре резистора, соединенные в замкнутый контур. Такую схему имеет одинарный мост постоянного тока, рис. 7

Резисторы R_Х, R_Э1, R_Э2 и R_Э3 этого контура называются плечами моста, а точки соединения соседних плеч - вершинами моста. Цепи, соединяющие противоположные вершины называют диагоналями. Одна из диагоналей ( А-C) содержит источник питания ε, а другая ( В - D) - нуль-гальванометр G. В плече моста переменного тока, рис. 8, могут быть включены не только резисторы, но также конденсаторы и катушки индуктивности. В этом случае сопротивление плеч моста Z является функцией R, L и С.

РЕГИСТРИРУЮЩИЕ ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА.

В научных исследованиях и производственной деятельности часто возникает необходимость автоматической регистрации измеряемых величин. Для записи разработаны регистрирующие приборы, которые служат для записи изменений измеряемой величины как функции времен. Находят также применение двух координатные самопишущие приборы, позволяющие регистрировать функциональную зависимость между двумя величинами, например, температура-время, ток-напряжение.

Регулирующие устройства

При электрических измерениях часто возникает необходимость изменить силу тока или перераспределить напряжение между участками цепи. Для этого используют регулирующие устройства: реостаты, автотрансформаторы, магазины и мосты сопротивлений.

1. Реостаты. Для плавного изменения сопротивления в цепи применяются реостаты. Наиболее распространенной конструкцией реостата является движковый (ползунковый) реостат.

В случае ”а” (рис. 9) реостатом плавно изменяют сопротивление цепи от R_H (R=0, реостат выведен – скользящий контакт поставлен в положение С) до R+R_H (реостат полностью введен – положение В). В результате, по закону Ома, ток меняется от до.

В этом случае (рис. 7а) реостат является регулятором тока. В случае "б" передвижением ползунка из положения С в положение В меняется напряжение на участке CD от 0 до величины питающего цепь напряжения источника, то есть, реостат служит потенциометром. Как видно из схем, назначение потенциометра состоит в том, чтобы выделить для заданного участка цепи (например, сопротивления нагрузки R_H) некоторую часть общего напряжения источника ЭДС, меняя ее в известных пределах.

2. Магазин сопротивлений. Магазином сопротивлений (рис. 8)называется набор сопротивлений, смонтированных в одном корпусе так, чтобы можно было по желанию изменять в определенных пределах ступенями значение сопротивления, включенного в измерительную цепь.

В декадных (курбельных) магазинах сопротивления сгруппированы десятками. В каждой такой декаде установлены катушки одинакового сопротивления по 0,1; 1, 10 Ом и т.д. Катушки в каждой декаде и декады между собой соединены последовательно. Катушки расположены полукругом и прикреплены к верхней панели корпуса. В центре полукруга смонтирована ручка с пружиной, скользящей по контактам, к которым припаяны концы катушек, рис.10. Например, так устроен магазин сопротивлений РЗЗ, состоящий из отдельных, точно подогнанных проволочных сопротивлений, позволивших устанавливать любое значение сопротивлений от 0,1 до 99999,9 Ом с интервалами в 0,1 Ом. Отсчет по прибору равен сумме произведений цифр, стоящих против указателя декады, на соответствующий множитель. Например,

Нетрудно подсчитать, что сопротивление устройства, приведенного на рис.10 равно 2,2 Ома.

КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Электроизмерительные приборы классифицируются по следующим основным признакам:

1.По принципу действия.

2. По роду измеряемого тока

Наименование
Постоянный ток
Переменный однофазный ток	
Постоянный и переменный ток
Трехфазный ток

3. По классу точности.

Наименование	Обозначение
Класс точности при нормировании погрешности в процентах от предела шкалы (напр. 1,5)	1,5
То же при нормировании погрешности в процентах от длины шкала	1,5

4. По роду измеряемой величины.

Род измеряемой величины	Название прибора	Обозначение
Сила тока	Амперметр	A
Напряжение	Вольтметр	V
Мощность	Ваттметр	W
Энергия	Счетчик килловат-часов	KWh
Частота	Частотомер	Hz
Сопротивление	Омметр	Ω
Индуктивность	Генриметр	H
Ёмкость	Фарадметр	F

5. По степени защищенности от внешних магнитных полей и электрических полей.

По степени защищенности от внешних магнитных полей постоянного и переменного тока (с частотой до 1 кГц тона при напряженности 400 В/м электроизмерительные приборы разделяют на категории 1 и 2. Для приборов первая категории допустимые измерения показаний составляют примерно ± 0,5%, а для приборов второй категории ± 1% и более. На приборах первой категории наносятся обозначения: при защите от внешних магнитных полей .

6. По устойчивости к климатическим условиям.

По устойчивости к климатическим воздействиям электроизмерительные приборы разделяются на группы:

А - приборы, предназначенные для работы в сухих отапливаемых помещениях при температуре +10 - +35°С и относительной влажности воздуха до 80%.

Б - приборы, предназначенные для работы в закрытых не отапливаемых помещениях при температуре -30 - +50°С и относительной влажности воздуха до 95%.

В - приборы, предназначенные для работы в полевых и морских условиях при температуре -50 - +80°С.

Кроме указанных выше, на шкалы приборов наносят следующие обозначения:

1. Обозначения, состоящие из буквенного символа и числа, стоящего за буквой, например, М24. Буквенные индексы характеризует систему прибора (принцип действия), а число – завод - изготовитель или организацию, разработавшую прибор. Например:

М - прибор магнитоэлектрической системы,

Э -прибор электромагнитной системы

Д - прибор электродинамической или ферромагнитной системы,

С - прибор электростатической системы.

2. Положение шкалы: горизонтальное

вертикальное 

3. Измерительная цепь изолирована от корпуса и испытана напряжением, например 2 кВ

4. Прибор испытанию прочности изоляции не подлежит.

5. Осторожно! Прочность изоляции измерительной цепи по отношению к корпусу не соответствует нормам (знак красного цвета)

6. Внимание! Смотри дополнительные указания в паспорте и инструкции по эксплуатации

7. Отрицательный зажим

8. Положительный зажим

9. Общий зажим (для многопредельных и комбинированных приборов)

10. Зажим переменного тока 

11. Зажим, соединенный с корпусом

12. Корректор

13. Арретир Арр.

14. Направление арретирования

ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ И ЦЕНА ДЕЛЕНИЯ

ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ.

Чувствительностью S прибора (имеющего равномерную шкалу) называется число делений шкалы N, приходящихся на единицу измеряемой величины Х, то есть . Например, если шкала миллиамперметра, рассчитанного на 300 mА, имеет 60 делений, что чувствительность прибора

Размерность чувствительности зависит от характера измеряемой величины (например, чувствительность прибора к току, напряжений и т.д.). Величина , обратная чувствительности, называется ценой деления прибора, Она определяет значение электрической величины, вызывающей отклонение на одно деление. В общем случае цена деления представляет собой разность значений измеряемой величины для двух соседних отметок. Цена деления зависит от прибора; и от числа делений шкалы.

КЛАССЫ ТОЧНОСТИ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

И ПРИБОРНАЯ ПОГРЕШНОСТЬ

Важнейшей характеристикой электроизмерительного прибора является его класс точности, который определяет минимальную относительную (систематическая) погрешность прибора, выраженную и процентах. Все приборы классифицируется по 9 основным классам точности: 0,02; 0,05; 0.1; 0.2; 0.5; 1,0; 1.5; 2, 5, 4, 0. Приборы первых пяти классов вследствие высокой точности называются особо точными. Приборы остальных классов точности называются техническими. Для приборов, систематическая погрешность которых больше 4%, класс точности не устанавливается.

По характеру градуировки шкалы прибора, они делятся на 2 типа. К первому типу относятся приборы, у которых абсолютная систематическая погрешность по всей шкале прибора постоянна, класс точности таких приборов указывается на шкале прибора в виде цифры: например, 1,0. Ко второму типу относятся приборы, у которых постоянной является относительная систематическая погрешность по всей шкале прибора. Класс точности таких приборов указывается в виде цифры, стоящей в кружочке

Класс точности равен отношению абсолютной погрешности к предельному значению измеряемой величины Х_ПР) измерения в процентах, т.е. класс точности равен

Отсюда вычисляется абсолютная погрешность прибора

Так, например, если измерение осуществляется миллиамперметром со шкалой 0-500 mА (Х_ПР= 500 mA) класса точности 1,5, то на любой отметке шкалы миллиамперметра абсолютная погрешность прибора равна

Зная абсолютную погрешность прибора, можно рассчитать относительную погрешность ε проведенного в данном опыте измерения. Пусть, например, в опыте рабочее значение измеряемого тока было равно I=200 mA, тогда относительная погрешность данного измерения будет равна отношению абсолютной погрешности прибора к рабочему значения измеряемого тока, т.е.

или

Для декадных магазинов сопротивлений с классом точности 0,2 погрешность не превышает

где m – число декад магазина. R – значение включенного сопротивления.

Абсолютная погрешность будет равна

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

1	Два пересекающихся повода, электрически между собой не соединенные
2	Два пересекающихся провода электрически между собой соединенные
3	Заземление
4	Клемма
5	Переменный ток
6	Постоянный ток
7	Плавкий предохранитель
8	Электрическая лампа
9	Гальванический элемент, аккумулятор
10	Батарея гальванических элементов или аккумуляторов
	Конденсатор постоянной емкости
	Конденсатор переменной емкости
	Омическое сопротивление (резистор)
	Переменное сопротивление или реостат
	Потенциометр
	Вольтметр
	Амперметр
	Гальванометр
	Катушка без сердечника, соленоид
	Катушка с сердечником
	Трансформатор
	Электронная лампа диод
	Полупроводниковый диод
	Полупроводниковый триод – транзистор
	Неоновая лампа
	Телефон
	Микрофон
	Электролитический конденсатор

ПРАВИЛА СБОРКИ ЦЕПЕЙ

Перед выполнением работы студент должен ознакомиться с применяемой аппаратурой и ее техническими данными. После этого приступает к сборке электрической цепи по заданным схемам. При этом необходимо руководствоваться следующими правилами:

1. Перед сборкой цепи все рубильники должны быть разомкнуты, реостаты поставлены на максимальное сопротивление.

2. Сборку схемы рекомендуется производить по контурам: собирается основной контур, затем вспомогательные контуры. Источник тока не присоединяется к цепи до проверки ее преподавателем или лаборантом. Сборку схемы следует начинать от одного полюса источника питания и заканчивать около другого его полюса.

3. Схема обязательно должна быть проверена преподавателем или лаборантом. Производить “пробные” включения, то есть, замыкать цепь на источник тока без разрешения - строго воспрещается.

4. Любые изменения в собранной схеме производятся обязательно при выключенном источники тока. Последующее включение напряжения разрешается только после повторной проверки преподавателем или лаборантом.

5. При выполнении работы необходимо следить за соблюдением правил техники безопасности. Категорически запрещается касаться руками проводов и зажимов, когда цепь находится под напряжением. Запрещается производить присоединение к схеме, не отключенной от источника тока.

Перенос приборов с других рабочих столов не допускается.

По каждой выполненной работе составляется отчет по форме.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Электрическая цепь. Из чего она состоит?

2. Какими устройствами регулируется ток, напряжение?

3. Как необходимо включать амперметр и вольтметр в цепь?

4. Как подключить шунт к амперметру и дополнительное сопротивление к вольтметру?

5. На какие группы разделяются электроизмерительные аналоговые приборы прямого преобразования?

6. Источники тока.

7. Устройство и принцип работы магнитоэлектрических приборов.

8. Устройство и принцип работы электромагнитных приборов.

9. Устройство и принцип работы цифровых измерительных приборов.

10. Устройство измерительных мостов.

11. Регистрирующие приборы и устройства.

12. Как определить систематическую погрешность, зная класс точности.

13. Как определить относительную погрешность, зная класс точности.

14. Как определяется цена деления прибора

15. Как определяется чувствительность прибора.