3. Простейшие электроизмерительные приборы

Чаще всего приходится измерять напряжение, ток и сопротивление, реже – мощность и частоту. Приборы для измерения перечисленных величин называются соответственно вольтметрами, амперметрами, омметрами (или мегаомметрами), ваттметрами, частотомерами. Другие величины измеряют главным образом при специальном контроле, учете и при исследованиях.

Простейший прибор состоит из измерительного механизма, шкалы, корпуса, входных зажимов (клемм) и переключателей (у многопредельных, комбинированных и универсальных приборов).

Измерительный механизм содержит неподвижную и подвижную части. С последней связана стрелка или иное устройства для считывания измеряемой величины. Электромагнитная энергия, связанная с измеряемой величиной, воздействует на измерительный механизм и вызывает перемещение его подвижной части и стрелки. По способу этого воздействия измерительные приборы подразделяют на следующие:

- электромеханические,

-электронные,

-термоэлектрические, (применяются редко)

- электрохимические.

В электромеханических приборах для перемещения подвижной части со стрелкой используются различные варианты электромагнитных процессов взаимодействия токов и магнитных полей. К электромеханическим относятся приборы следующих систем:

1. магнитоэлектрические приборы с подвижной рамкой, основанные на взаимодействии между магнитным потоком постоянного магнита и постоянным током проводников подвижной рамки; пригодны только для постоянного тока, имеют равномерную шкалу, чувствительны к полярности тока; применяются как вольтметры и амперметры;

а) б) в) г) д) е) ж) з)

Рис.1.3. Отличительные значки на шкалах приборов различных систем: а – магнитоэлектрической; б – электромагнитной; в – электродинамической; г – выпрямительной и рода тока: д – постоянного; е – переменного однофазного; ж – постоянного и переменного; з – трёхфазного

2. электромагнитные приборы, основанные на взаимодействии контура с током и сердечников из магнитомягких материалов; пригодны для постоянного и переменного токов; применяются как вольтметры и амперметры;

3. электродинамические приборы, основанные на взаимовлиянии подвижного и неподвижного контуров с токами; пригодны для постоянного и переменного токов; применяются как многопредельные вольтметры, амперметры и ваттметры;

4. выпрямительные приборы, представляющие собой сочетание основных элементов магнитоэлектрического измерительного механизма и выпрямителя из полупроводниковых вентилей; пригодны для постоянного и переменного токов, чувствительны к полярности тока; применяются в качестве многопредельных универсальных приборов (ампервольтметров).

Применяются электромеханические приборы и других систем.

Электронные приборы содержат электронный преобразователь измеряемой величины и выходное устройство в виде магнитоэлектрического стрелочного прибора, индикатора с цифровым отсчетом или электронно-лучевой трубкой (у осциллографов); применяются в качестве многопредельных вольтметров и амперметров постоянного и переменного токов, частотомеров, а также для измерения сопротивления, емкости, индуктивности, в качестве ваттметров, осциллографов и других приборов.

Пределом измерения прибора называют наибольшее допустимое значение измеряемой величины для данной схемы прибора. Приборы бывают однопредельными и многопредельными. У однопредельных приборов предел измерения указан на шкале, у многопредельных – на переключателе пределов или у входных клемм. У ваттметров указываются номинальные значения тока и напряжения, произведение которых определяет его предел измерения.

Для измерения величины подбирают прибор с пределом, являющимся ближайшим большим числом по отношению к ожидаемому значению измеряемой величины. Последнее находят по техническим данным устройства, в котором производится измерение; в большинстве случаев помогают соображения на основе закона Ома. Например, в цепи резистора около 500 Ом при напряжении приблизительно 220 В ожидаемое значение тока будет порядка 220/500=0,44 А; для измерения тока в этой цепи целесообразно подобрать амперметр с пределом измерения 0,5 А.

Шкала стрелочного прибора имеет отметки различной длины и толщины. Интервал между соседними отметками шкалы называется делением шкалы. Нулевая отметка соответствует нулевому значению, начальная отметка – наименьшему, а конечная отметка – наибольшему значениям измеряемой величины (на данном пределе измерения). Под начальной отметкой (а у некоторых лабораторных приборов – и под конечной) нанесена точка. У приборов с равномерной шкалой начальная отметка обычно совпадает с нулевой. Разрешается производить измерения только в диапазоне между начальной и конечной отметками.

Ценой деления называется значение измеряемой величины, соответствующее одному делению шкалы прибора на данном пределе измерения. Цена деления определяется как частное от деления предела измерения на количество делений шкалы (предупреждение: количество делений шкалы не всегда соответствует цифре на конечной отметке !). У многопредельных приборов цена деления изменяется при переключении предела измерения. Многопредельные, комбинированные и универсальные приборы могут иметь несколько шкал, снабженных символами рода тока и единиц величин, измеряемых по каждой шкале. Если для одной и той же величины и рода тока на приборе есть несколько шкал, то при измерении пользуются той шкалой, цена деления которой на установленном пределе соответствует α х 10ⁿ, где α = 1; 2; 2,5; 4 и 5, а n – любое целое число.

Класс точности прибора характеризует его предельную погрешность в процентах от используемого предела измерения (в простейшем случае) при нормальных условиях эксплуатации. Класс точности указывается на шкале прибора в виде десятичного числа, например 0,5; 1,0; 2,5; 4,0 и т.п. Так, у амперметра класса точности 0,5 на пределе измерения 5 А предельная погрешность составляет 0,5 х 5/100=0,025 А.

Основные правила использования приборов заключаются в следующем:

1. Измерение тока в цепи производится амперметром, включенным в разрыв этой цепи, т.е. последовательно. Сопротивление амперметров мало.

2. Измерение напряжения на участке цепи производится вольтметром, подключаемым параллельно этому участку. Вольтметры имеют большое сопротивление и малый ток.

3. Измерение сопротивление резистора производится омметром, подключаемым к выводам этого резистора. Если же резистор в схеме, то необходимо обесточить схему и отключить от нее хотя бы один вывод резистора.

4. Прибор подключают к цепи изолированными проводами с наконечниками, щупами или зажимами типа «крокодил». При подключении приборов к схеме и отключении их необходимо снять напряжение со схемы. Исключение составляет использование вольтметра с изолированными щупами.

5. Если при включении прибора стрелка зашкаливает справа, то занижен предел измерения. Необходимо немедленно выключить прибор и переключить предел измерения на больший или подобрать другой подходящий прибор.

Стрелка может зашкаливать влево при ошибочной полярности подключения прибора на постоянном токе. В этом случае необходимо немедленно выключить прибор и поменять местами его провода в цепи, соблюдая правила:

1. Во время измерения прибор должен находиться в определенном положении, обозначенном значком на его шкале. Например, - прибор применять при вертикальном положении шкалы, - при горизонтальном и т.п.

2. Считывают показания прибора с точностью до половины деления, глядя на шкалу перпендикулярно ее плоскости.

Прибор электроизмерительный показывающий изображается на схеме окружностью диаметром 10 мм и сверху подписывается его функциональное обозначение по ГОСТ 2.729-68: PA –амперметр, PV – вольтметр, PR – омметр и т.п. Если требуется указать первоначальное назначение прибора, в окружность вписывают V, A, mV, μA, Ω, МΩ и т.п.