12 Электрические измерения и приборы

Лекция 12

Цель лекции: Ознакомление с классификацией электроизмерительных приборов, основными видами измерений и погрешностей, типами электронных, цифровых и регистрирующих приборов, а также измерениями неэлектрических величин.

12.1 Общие сведения. Погрешности и классы точности

Электрические измерительные приборы необходимые элементы электрических цепей при контроле режимов работы электрооборудования, учете электроэнергии, экспериментальном исследовании электрических цепей, получении достоверной информации для систем автоматического управления.

Электрические измерительные приборы измеряют как электрические, так и неэлектрические величины, отличаясь высокой чувствительностью, простотой конструкции и надежностью. Недостатком электрических измерительных приборов является невозможность их применения во взрывоопасных и пожароопасных помещениях.

Объектами электрических измерений являются все электрические и магнитные величины: ток, напряжение, мощность, энергия, магнитный поток и т.д. Электроизмерительные устройства применяются и для измерения неэлектрических величин (температуры, давления и т.п.), которые для этой цели преобразуются в пропорциональные им электрические величины.

Электроизмерительный прибор– средство измерений, которое предназначено для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. По типу отсчетного устройства приборы подразделяются на аналоговые и цифровые. Ваналоговых приборахизмеряемая величина непосредственно влияет на положение подвижной части прибора, на которой расположено отсчетное устройство. Вцифровых приборах подвижная часть отсутствует, а измеряемая величина преобразуется в числовой эквивалент, который регистрируется цифровым индикатором. Внедрение микропроцессоров позволило значительно повысить производительность и точность измерительных приборов, придавая им дополнительные функции обработки результатов измерений. Для исследования сложных объектов применяются автоматизированные измерительные системы, которые состоят из датчиков, измерительных и регистрирующих приборов, устройств их сопряжения (интерфейсов) и управления.

Измерение физической величины заключается в ее сравнении посредством физического эксперимента с принятым за единицу значением соответствующей физической величины, которую называют мерой. Это сравнение возможно или при помощи прибора сравнения или прибора непосредственного отсчета, который называется показывающим прибором. В этом случае измеряемая величина определяется по шкале прибора, который проградуирован в соответствии с мерой. В зависимости от способа получения результатов измерений, их подразделяют: прямые, косвенные и совокупные.

Прямые измерения, когда результат измерений непосредственно дает значение исследуемой величины. Например, измерения тока амперметром, а напряжения – вольтметром. Косвенные измерения, если измеряемую величину приходится определять на основании прямых измерений других величин, с которыми она связана определенной зависимостью. Например, определение величины сопротивления при измерении напряжения вольтметром и тока амперметром. При косвенном измерении появляется снижение точности по сравнению с точностью при прямом измерении. Совокупные измерения, где конечный результат выводится из нескольких результатов прямых и косвенных измерений. Например, определение температурного коэффициента электрического сопротивления материала определится через измерения этого сопротивления при различных температурах.

В зависимости от способа применения приборов различают следующие методы: непосредственный, нулевой и дифференциальный.

Метод непосредственного измерения, при котором измеряемую величину определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора. Например, силы электрического тока – амперметром, измерение длины – метром. Точность измерения определяется точностью показывающего прибора. Нулевой метод, при котором значение образцовой величины регулируется до равенства со значением измеряемой, которая фиксируется измерительным прибором. Точность прибора высокая и зависит от точности образцовых мер и чувствительности нулевых приборов. Важнейшими являются компенсационный и мостовой методы. Дифференциальный метод характеризуется измерением разности между измеряемой величиной и известной величиной, воспроизводимой мерой. Метод позволяет получить результат высокой точности при использовании относительно грубых средств измерения. Метод применяется при сравнении двух величин, значения которых мало различаются.

Результат любого измерения отличается от истинного значения измеряемой величины на некоторое значение, которое зависит от точности средств измерения (погрешности измерения). Погрешность измерения – это отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины. Количество факторов, влияющих на точность измерения велико и любая классификация погрешностей измерения условна, так как различные погрешности в зависимости от условий измерительного процесса проявляются в различных группах. Поэтому для практических целей достаточны следующие погрешности: абсолютная, относительная и приведенная.

Абсолютная погрешность ∆А – разность между измеренным А_ИЗМ и действительным значением А_Д измеряемой величины

Д

(12.1)

Например, амперметр показывает А_ИЗМ=9А, а действительное значение А=8,9А, следовательно погрешность ∆А=0,1А. Для того, чтобы определить действительное значение величины, нужно к измеренному прибавить поправку – абсолютную погрешность, взятую с обратным знаком:

(12.2)

Точность измерения обычно оценивается не абсолютной, а относительной погрешностью – выраженным в процентах отношением абсолютной погрешности к действительному значению измеряемой величины

(12.3)

Для приведенного примера измерения тока относительная погрешность будет равна

Применительно к показывающим приборам вводится приведенная погрешность – это выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности ∆А к номинальному значению А_НОМ, которое соответствует наибольшему показанию прибора

(12.4)

Если в рассмотренном случае предел измерения амперметра А_НОМ=10 А, то его приведенная погрешность .

Погрешности прибора связаны с недостатками самого прибора и внешними воздействиями. Приведенная погрешность, которая зависит непосредственно от самого прибора, называется основной погрешность и определяет его класс точности. Цифра, обозначающая класс точности, указывается на шкале прибора: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0.

В зависимости от чувствительности к внешним электромагнитным полям приборы делятся на две категории: I – приборы менее чувствительные и II – приборы более чувствительные.

Для правильного применения электроизмерительного прибора важны его технические особенности, которые указываются на шкале прибора условными обозначениями.