Электрические измерения приборы

1.

Содержание
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Погрешности электроизмерительных приборов
Основные электроизмерительные приборы
Измерение тока, напряжения, сопротивления
Расширение пределов измерений электроизмерительных приборов
Измерение мощностей
Измерение мощностей трехфазных приемников
Мультиметр и токоизмерительные клещи

2.

Измерение - это процесс определения физической величины с помощью
технических средств.
Мера - это средство измерения физической величины заданного размера.
Измерительный прибор - это средство измерения, в котором
вырабатывается сигнал, доступный для восприятия наблюдателем.
Меры и приборы подразделяются на образцовые и рабочие.
Образцовые меры и приборы служат для поверки по ним рабочих
средств измерений.
Рабочие меры и приборы служат для практических измерений

3.

Электроизмерительные приборы классифицируются по следующим признакам:
по методу измерения: метод непосредственной оценки, заключающийся в том, что в
процессе измерения сразу оценивается измеряемая величина;
метод сравнения, или нулевой метод, служащий основой действия приборов
сравнения: мостов, компенсаторов.
по роду измеряемой величины: для измерения напряжения (вольтметры,
милливольтметры, гальванометры);
для измерения тока (амперметры, миллиамперметры, гальванометры);
для измерения мощности (ваттметры);
для измерения энергии (электрические счетчики);
для измерения угла сдвига фаз (фазометры);
для измерения частоты тока (частотомеры);
для измерения сопротивлений (омметры), и т.д.
по роду тока: различают приборы постоянного, переменного однофазного и переменного
трехфазного тока.
по степени точности (по классу точности ): 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; ,1,5; 2,5; 4,0.
по принципу действия различают системы приборов: магнитоэлектрическая,
электромагнитная, электродинамическая, индукционная

4.

5.

6.

Приборы этой системы содержат постоянный магнит - 1, к которому крепятся полюса - 2.
В межполюсном пространстве расположен стальной цилиндр - 3 с наклеенной на него рамкой - 4.
Ток в рамку подается через две спиральные пружины -5. Принцип действия прибора основан на взаимодействии тока
в рамке с магнитным полем полюсов.
Это взаимодействие вызывает вращающий момент M = wФI ,
где w число витков, Ф - магнитный поток
Спиральная пружина, в свою очередь, вызывает противодействующий момент.
Так как вращающий момент пропорционален току,
а противодействующий момент пропорционален углу закручивания пружин
, то можно написать:
где k и D - коэффициенты пропорциональности. Угол отклонения подвижной части прибора пропорционален
току.

7.

Приборы этой системы имеют неподвижную катушку - 1 и подвижную часть в виде стального сердечника - 2,
связанного с индикаторной стрелкой - 3 противодействующей пружины - 4.
Измеряемый ток, проходя по катушке, намагничивает сердечник и втягивает его в катушку.
При равенстве вращающего и тормозящего моментов система успокоится. По углу поворота подвижной
части определяют измеряемый ток.
Среднее значение вращающего момента пропорционально квадрату измеряемого тока:
Так как, тормозящий момент, создаваемый спиральными пружинами, пропорционален углу поворота подвижной
части, уравнение шкалы прибора запишем в виде:
Другими словами, угол отклонения подвижной части прибора пропорционален квадрату действующего
значения переменного тока.

8.

9.

Эта система представляет собой две катушки, одна из которых неподвижная, а другая - подвижная.
Обе катушки подключаются к сети, и взаимодействие их магнитных полей приводит к повороту подвижной
катушки относительно неподвижной.
Из уравнения
видно, что шкала электродинамической системы имеет квадратичный характер. Для устранения этого недостатка
подбирают геометрические размеры катушек таким образом, чтобы подучить шкалу, близкую к равномерной.
Эти системы чаще всего используются для измерения мощности, т.е. в качестве ваттметров, тогда:
В этом случае шкала ваттметра равномерная.
Основным достоинством прибора является высокая точность измерения.
К недостаткам относятся малая перегрузочная способность, низкая чувствительность к малым сигналам,
заметное влияние внешних магнитных полей.

10.

11.

Приборы индукционной системы получили широкое распространение для измерения электрической энергии.
Принципиальная схема прибора . Электрический счетчик содержит магнитопровод - 1 сложной конфигурации,
на котором размещены две катушки; напряжения - 2 и тока - 3. Между полюсами электромагнита помещен
алюминиевый диск - 4 с осью вращения - 5.
Принцип действия индукционной системы основан на взаимодействии магнитных потоков, создаваемых
катушками тока и напряжения с вихревыми токами, наводимыми магнитным полем в алюминиевом диске.
Вращающий момент, действующий на диск, определяется выражением:
где ФU - часть магнитного потока, созданного обмоткой напряжения и проходящего через диск счетчика;
ФI - магнитный поток, созданный обмоткой тока; - угол сдвига между ФU и ФI. Магнитный поток ФU
пропорционален напряжению
Магнитный поток ФI пропорционален току:

12.

Для того чтобы счетчик реагировал на активную энергию, необходимо выполнить условие:
В этом случае
т.е. вращающий момент пропорционален активной мощности нагрузки.
Противодействующий момент создается тормозным магнитом - 6 и пропорционален скорости
вращения диска:
В установившемся режиме Мвр = М пр и диск вращается с постоянной скоростью. Приравнивая два
последних уравнения и решив полученное уравнение относительно угла поворота диска
Таким образом, угол поворота диска счетчика пропорционален активной энергии. Следовательно,
число оборотов диска n тоже пропорционально активной энергии.

13.

14.

Обозначения тока
1.
Постоянный
2.
Переменный однофазный
3.
Постоянный и
переменный
Обозначения положения прибора
1.
Горизонтальное положение шкалы
2.
Вертикальное положение шкалы
3.
Наклонное положение шкалы под углом к горизонту

15.

1.Цифровые измерительные приборы
Основой цифрового вольтметра является аналого-цифровой преобразователь (АЦП).
В настоящее время имеется множество схемотехнических принципов построения АЦП, однако
общим из них является сравнение измеряемой величины с набором эталонов.
Основными характеристиками АЦП являются точность преобразования (число разрядов в выходном
коде) и быстродействие. Можно условно разделить АЦП на два класса: последовательного счета,
когда выходной код определяется равенством измеряемого напряжения с дискретно растущим
эталонным напряжением и параллельного, когда сигнал сравнивается с набором эталонных
напряжений.
Цифровой амперметр можно реализовать установив на входе цифрового вольтметр калиброванный
резистор небольшой величины, через который протекает измеряемый ток. Падение напряжения
на входном резисторе, пропорциональное протекающему току, измеряется цифровым вольтметром,
табло которого соответствующим образом градуируется.

16.

Общие элементы приборов
Шкала
Шкала обычно представляет собой светлую поверхность с черными делениями и цифрами,
соответствующими определенным значениям измеряемой величины. Форма шкалы зависит
от конструкции прибора, класса точности и ряда других факторов.
На шкале каждого прибора наносятся следующие обозначения:
1.Обозначение единицы измеряемой величины.
2. Условное обозначение системы прибора (или принципа действия прибора).
3. Обозначение класса точности прибора.
4. Условное обозначение положения прибора.
5. Условное обозначение степени защищенности от магнитных и других влияний
6. Величина испытательного напряжения изоляции измерительной цепи по
отношению к корпусу.
7. Год выпуска и заводской номер.
8. Обозначение рода тока.
9. Тип прибора.
10. Значение силы тока, соответствующее определенным значениям напряжения, и
значения напряжения, соответствующие определенным значениям силы тока.
Указатель
Может быть выполнен в виде стрелки или светового пятна с темной нитью посередине. По
форме стрелки бывают нитевидными, ножевидными и копьевидными.

17.

Погрешности приборов
Абсолютная погрешность – величина равная разности между измеренным Аиз и действительным А
значениями измеряемой величины:
ΔA = Aиз - A.
,
Относительная погрешность – величина, выраженная процентным отношением абсолютной
погрешности к действительному значению измеряемой величины:
Так как разница между А и Аиз обычно относительно мала, то можно считать, что
.
Для оценки точности электроизмерительных приборов служит приведенная погрешность,
определяемая следующим выражением
,
где Апред – номинальное значение шкалы прибора, т.е. максимальное значение шкалы на выбранном
пределе измерения прибора.
Приведенная погрешность определяет класс точности прибора.
Числа, указывающие класс точности прибора γ0, обозначают наибольшую допустимую приведенную
погрешность в процентах
( γ0 ≥ γпр. max). т.е. при нормальной эксплуатации максимальное значение приведенной погрешности
не должно превышать класс точности.

18.

Пример определения точности прибора
Амперметр имеет предел измерения Iпред. = 5 А. Если максимальная абсолютная погрешность
прибора ±0,05 А, то приведенная погрешность равна
а класс точности прибора (или наибольшая
допустимая приведенная погрешность) равен
.
.
На приборе данный класс точности обозначен цифрой 1. Эта погрешность характеризует только
точность самого прибора, но не точность измерения.
Пример расчета погрешности измерений по классу точности прибора
где γ0 – класс точности, Δ I – абсолютная погрешность при измерении на данном пределе,
Iпред. – предельное значение силы тока,
I – измеряемая величина тока, γ - относительная погрешность измерения.
Пусть γпр = 0,2 %; Iпред = 8 А; I = 2 А. Тогда

19.

Каждый прибор, имеет некоторую погрешность измерения. По степени точности
приборы делят на 8 классов: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5; 4, причем самый точный
прибор имеет класс 0,05. Погрешность тем меньше, чем ближе измеряемая величина к
номинальному значению прибора. Поэтому предпочтительно использовать такие приборы,
у которых во время измерения стрелка будет находиться во второй половине шкалы.
Цена деления шкалы
Шкалы приборов имеют деления. Для перевода числа делений в единицы измеряемой
величины необходимо отсчет по шкале умножить на цену деления шкалы для данного
предела измерения.
Цена деления – это число единиц измеряемой величины, приходящееся на одно деление
шкалы.
Чтобы определить цену деления шкалы, нужно предел измерения прибора разделить на
общее число делений шкалы.
Пример: предельное значение силы тока Iпред. = 75 А, шкала амперметра имеет 150
делений. В этом случае цена деления шкалы:
СI = 0,5 А/дел.

20.

21.

22.

23.

IШ = I – IA; IШRш = IARA
Rш = IARA / IШ
IA / IШ = Кш

24.

25.

26.

27.

Р3ф = Ра + Рв + Рс

28.

uaia + ubib + ucic = uaia + ub(-ia-ic)+ucic = (ua-ub)ia + (uc – ub)ic =
= uABia + uCBic.
Pw1 + Pw2 = UABIAcos(30 + )+ UCBIC cos(30- ) = UлIлcos30cos +
+ UлIлsin30sin + UлIлcos30cos - UлIлsin30sin = 2UлIл 23 cos =
= 3 UлIл cos = Р3ф
W1
U
Для активно-индуктивной
нагрузки
AB
U
a
30
W2
U
I
a
+1
CB
I 30
с
U
(Pw1 - Pw2) = UABIAcos(30 + ) - UCBICcos(30 - )= UлIлcos30cos + UлIлsin30sin UлIлcos30cos + UлIлsin30sin = 2UлIл sin30sin = UлIлsin ;
Pw1 + Pw2
= 3UлIл cos = Р3ф
3 (PW1-PW2)=
c
3 UлIлsin = Q3ф

29.

Мультиметр и токоизмерительные клещи