Приборы по электротехнике. Электрические приборы

Яндекс.Директ

Электроизмерительные приборы

Текст В настоящее время существуют приборы, с помощью которых могут быть произведены измерения более 50 электрических величин. Перечень электрических величин включает в себя ток, напряжение, частоту, отношение токов и напряжений, сопротивление, емкость, индуктивность, мощность и т.д. Появление множества технических средств реализующих измерения, являеться вытекающим из многообразия количества измеряемых величин. Электроизмерительную аппаратуру и приборы можно классифицировать по ряду признаков. По функциональному признаку эту аппаратуру и приборы можно разделить на средства сбора, обработки и представления измерительной информации и средства аттестации и поверки.

Электроизмерительную аппаратуру по назначению можно разделить на меры, системы, приборы и вспомогательные устройства. Кроме того, важный класс электроизмерительных приборов составляют преобразователи, предназначенные для преобразования электрических величин в процессе измерения или преобразования измерительной информации.

Здесь будет рассмотрена лишь часть измерительных приборов, необходимых для ремонта и обслуживания бытовых электроприборов и электрооборудования! Так же будут представлены некоторые приборы не применяемые в быту, а описаны лиш для общего ознакомления!

Измерение силы тока, количества электричества и зарядов – Трансформаторы тока, амперметры, вольтметры, мультиметры

Трансформаторы тока – служат для передачи сигналов измерительной информации измерительным приборам и/или устройствам защиты и управления в электросетях переменного тока промышленной частоты.

Амперметры и вольтметры – служат для измерения тока и напряжения в электросетях.

Мультиметры- служат для измерения основных электрических величин: напряжения и силы постоянного и переменного токов, а также сопротивления постоянному току и тестирования p-n переходов и др. так же применяются при изготовлении, эксплуатации и ремонте электро- и радиоаппаратуры.

Измерение ЭДС и напряжения – Трансформаторы напряжения, вольтметры

Трансформаторы напряжения – служат для измерений высоких напряжений переменного тока промышленной частоты.

Измерение мощности и энергии – Счетчики электрической энергии, ваттметры

Счетчики электрической энергии – служит для измерения и учета активной/реактивной энергии.

Ваттметры – для точных измерений мощности в цепях постоянного и переменного тока, а также для поверки менее точных приборов.

Система информационно-измерительная автоматизированная коммерческого учета электроэнергии – для измерения активной и реактивной энергии, а также для автоматизированного сбора, обработки, хранения и отображения информации, для коммерческого учета электроэнергии.

Прочие (Измерения электрических и магнитных величин) - Контроллеры, измерительные системы и комплексы.

Контроллеры – служат для измерения, регистрации и обработки напряжения и силы постоянного тока, параметров однофазных и трехфазных цепей переменного тока (действующих значений напряжения и силы переменного тока, активной, реактивной и полной мощности, частоты, угла сдвига фаз), их преобразования в цифровой код, а также для формирования аналоговых сигналов управления технологическим оборудованием в различных отраслях промышленности, главным образом энергетике.

Комплексы измерительные – служат для измерения параметров импульсных электромагнитных помех с целью определения качества выполнения заземляющего устройства (ЗУ), область применения – оборудование энергообъектов, электрические цепи (электрощиты) зданий и промышленных помещений.

Системы измерительные – служит для непрерывного измерения и контроля технологических параметров.

Измерение электрического сопротивления, проводимости, емкости, угла сдвига фаз, индуктивности и добротности электрических цепей, параметров диэлектриков – Мегаомметры, измерители сопротивления.

Измерение характеристик магнитных полей, свойств магнитных материалов – Тесламетры, измерители магнитной индукции.

Самописцы – приборы для вывода результатов измерений температуры, напряжения и тока, влажности, интегральных импульсов и вращения с возможностью сохранения данных и вывода их на бумажный носитель.

Метрологическое оборудование – Генераторы эталонных электрических сигналов, прецизионные мультиметры, калибраторы тестового оборудования, многофункциональные калибраторы, эталонные счетчики электрической энергии для оснащения лабораторий и работы в полевых условиях.

Измерение параметров высоковольтного оборудования - Импульсный локатор повреждений кабеля, прибор контроля выключателей, прибор контроля РПН трансформаторов…

Электроизмерительные приборы по материалам Википедии .

Применение – Средства электрических измерений широко применяются в энергетике, связи, промышленности, на транспорте, в научных исследованиях, медицине, а также в быту - для учёта потребляемой электроэнергии. Используя специальные датчики для преобразования неэлектрических величин в электрические, электроизмерительные приборы можно использовать для измерения самых разных физических величин, что ещё больше расширяет диапазон их применения.

Классификация

• Наиболее существенным признаком для классификации электроизмерительной аппаратуры является измеряемая или воспроизводимая физическая величина, в соответствии с этим приборы подразделяются на ряд видов:
• амперметры - для измерения силы электрического тока;
• вольтметры - для измерения электрического напряжения;
• омметры - для измерения электрического сопротивления;
• мультиметры – (иначе тестеры, авометры) - комбинированные приборы
• частотомеры - для измерения частоты колебаний электрического тока;
• магазины сопротивлений - для воспроизведения заданных сопротивлений;
• ваттметры и варметры - для измерения мощности электрического тока;
• электрические счётчики - для измерения потреблённой электроэнергии
• и множество других видов
• Кроме этого существуют классификации по другим признакам:
• по назначению - измерительные приборы, меры, измерительные преобразователи, измерительные установки и системы, вспомогательные устройства;
• по способу представления результатов измерений - показывающие и регистрирующие (в виде графика на бумаге или фотоплёнке, распечатки, либо в электронном виде);
• по методу измерения - приборы непосредственной оценки и приборы сравнения;
• по способу применения и по конструкции - щитовые (закрепляемые на щите или панели), переносные и стационарные;
• по принципу действия: лектромеханические, магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические электростатические, ферродинамические, индукционные, магнитодинамические, электронные, термоэлектрические, электрохимические.

Обозначения

Зарубежных странах обозначения средств измерений устанавливаются предприятиями-изготовителями, в России (и частично в других странах СНГ) традиционно принята унифицированная система обозначений, основанная на принципах действия электроизмерительных приборов. В состав обозначения входит прописная русская буква, соответствующая принципу действия прибора, и число - условный номер модели. Например: С197 - киловольтметр электростатический. К обозначению могут добавляться буквы М (модернизированный), К (контактный) и другие, отмечающие конструктивные особенности или модификации приборов.

Назначение. Электроизмерительные приборы служат для контроля режима работы электрических установок, их испытания и учета расходуемой электрической энергии. В зависимости от назначения электроизмерительные приборы подразделяют на амперметры (измерители тока), вольтметры (измерители напряжения), ваттметры (измерители мощности), омметры (измерители сопротивления), частотомеры (измерители частоты переменного тока), счетчики электрической энергии и др. Различают две категории электроизмерительных приборов: рабочие - для контроля режима работы электрических установок в производственных условиях и образцовые - для градуировки и периодической проверки рабочих приборов. На железнодорожном транспорте электрические измерения получили широкое распространение при эксплуатации и ремонте ЭПС, тепловозов и устройств энергоснабжения железных дорог.

Типы приборов. В зависимости от способа отсчета электроизмерительные приборы разделяют на приборы непосредственной оценки и приборы сравнения.

Приборами непосредственной оценки, или показывающими, называются такие, которые позволяют производить отсчет измеряемой величины непосредственно на шкале. К ним относятся амперметры, вольтметры, ваттметры и др. Основной частью каждого такого прибора является измерительный механизм. При воздействии измеряемой электрической величины (тока, напряжения, мощности и др.) на измерительный механизм прибора подается соответствующий сигнал на отсчетное устройство, по которому определяют значение измеряемой величины.

По конструкции отсчетного устройства показывающие приборы делятся на приборы с механическим указателем (стрелочные), со световым указателем (зеркальные), с пишущим устройством (самопишущие) и электронные приборы со стрелочным или цифровым указателем отсчета. В стрелочных приборах измерительный механизм поворачивает стрелку на некоторый угол, который определяет значение измеряемой величины (шкала прибора проградуирована в соответствующих единицах: амперах, вольтах, ваттах и пр.).

В электроизмерительных приборах сравнения измерения осуществляются путем сравнения измеряемой величины с какой-либо образцовой мерой или эталоном. К ним относятся различные мосты для измерения сопротивлений и компенсационные измерительные устройства (потенциометры). Последние измеряют разность между измеряемым напряжением или ЭДС и компенсирующим образцовым напряжением. В качестве сравнивающего прибора обычно используют гальванометр.

Действие электроизмерительных приборов непосредственной оценки основано на различных проявлениях электрического тока (магнитном, тепловом, электродинамическом и пр.), используя которые можно при помощи различных измерительных механизмов вызвать перемещение стрелки.

В зависимости от принципа действия, положенного в основу устройства измерительного механизма, электроизмерительные приборы относятся к различным системам: магнитоэлектрической, электромагнитной, электродинамической, тепловой, индукционной и др. Приборы каждой из этих систем имеют свои условные обозначения.

Условные обозначения приборов в электрических схемах

Обозначение систем приборов

Приборы могут выполняться с противодействующей возвратной пружиной и без пружины. В последнем случае они называются логометрами.

Точность приборов . Каждый электроизмерительный прибор имеет некоторую погрешность, которая определяется трением в его осях, технологическими допусками отдельных его деталей, гистерезисом в магнитной системе и т. д. Для оценки точности измерений используют понятие относительная погрешность Ах %. Она представляет собой отношение абсолютной погрешности Ах , которая имеет место при измерениях (разность между измеренной величиной и ее действительным значением), к действительному значению измеряемой величины в процентах.

Эта погрешность различна при разных значениях измеряемой величины, т. е. для различных делений шкалы прибора. Поэтому точность электроизмерительных приборов оценивают по основной приведенной погрешности у , которая равна отношению наибольшей абсолютной погрешности для данного прибора к наибольшему (номинальному) значению той величины (тока, напряжения, мощности и пр.), которую может измерять прибор.

Основной приведенной погрешностью считается погрешность прибора при нормальных условиях его работы. При отклонении от этих условий возникают дополнительные погрешности: температурная (от изменения окружающей температуры), от влияния внешних магнитных полей, от изменения частоты переменного

Вопросы для самоконтроля

1. Какими приборами измеряется сила тока, напряжение и сопротивление?

2. Назовите преимущества приборов электромагнитной системы.

3. На каком принципе основано действие приборов магнитоэлектрической системы?

4. Для чего амперметру подключают шунт?

5. Какими приборами измеряют расход электрической энергии?

6. Для чего служат датчики?

Класс устройств, которые применяются для измерения электрических величин, называются электроизмерительными приборами. Наиболее известные из них - амперметры, вольтметры и омметры.

Сфера применения

Электроизмерительный прибор является необходимым устройством в связи, энергетике, промышленности, на транспорте, в медицине и научных исследованиях. Применяется это устройство и в быту, например для учета потребленной электроэнергии.
А если применить специальные преобразователи величин неэлектрических в электрические, то диапазон применения электроизмерительных приборов становится значительно шире.

Один из существенных признаков систематизации подобных устройств - воспроизводимая или измеряемая физическая величина. Согласно ему приборы подразделяются:

На измеряющие силу электрического тока - амперметры,

Измеряющие электрическое напряжение - вольтметры,

Измеряющие электрическое сопротивление - омметры,

Измеряющие частоту колебаний электротока - частотомеры,

Измеряющие различные величины - мультиметры или авометры, тестеры,

Для воспроизведения указанных сопротивлений - магазины сопротивлений,

Измеряющие мощность электрического тока - варметры и ваттметры,

Измеряющие потребление электрической энергии - электросчетчики и пр.

Другие признаки систематизации

Существуют и другие признаки, по которым классифицируют такой вид устройств, как электроизмерительный прибор. Это может быть:

1. Назначение: меры, измерительные приборы и преобразователи, измерительные системы и установки, прочие вспомогательные устройства.

2. Система предоставления полученного результата: регистрирующие (графическое изображение на фотопленке или бумаге либо в виде компьютерного файла) или показывающие.

3. Способ измерения: приборы сравнения или непосредственной оценки.

4. Способ использования и конструктивные особенности: переносные, щитовые (закрепляются на специальной панели или щите), стационарные.

По принципу действия классификация электроизмерительных приборов выглядит следующим образом:

• электромеханические, которые, в свою очередь, подразделяются:

На электромагнитные,

Магнитоэлектрические,

Электростатические,

Индукционные,

Электродинамические,

Магнитодинамические,

Ферродинамические;

• электронные;
• электрохимические;
• термоэлектрические.

Система обозначений

За рубежом заводы-изготовители устанавливают свои обозначения на выпускаемых измерительных устройствах. В России и некоторых бывших республиках Советского Союза традиционна унифицированная система знаков. Основана она на принципе работы конкретного прибора. Основные электроизмерительные приборы в обозначении всегда имеют прописную букву русского алфавита, которая указывает на принцип действия устройства. А также число, которое обозначает условный номер модели. Иногда можно встретить прописную букву М, которая обозначает, что прибор модернизированный или К (контактный). Есть и другие, обозначения. Например, Д (электродинамические приборы), Н (самопишущие приборы), Р (меры, устройства, измеряющие параметры элементов электросетей, измерительные преобразователи), И (индукционные приборы), Л (логометры) и пр.

Показатели точности

Одна из главных характеристик прибора для электроизмерений - класс точности. Их существует несколько. А определяется он по зависимости от допустимого предела погрешности, вызванной конструктивными особенностями отдельно взятого устройства.

Точность электроизмерительных приборов не может быть равна погрешности относительной или абсолютной. Последняя не является определителем точности, а относительная имеет зависимость от значения величины, подвергшейся изменению, то есть для различных участков шкалы будет иметь разные значения.

Поэтому для характеристики точности электроприбора применяется приведенная погрешность (ɣ). Определяется она отношением погрешности абсолютной конкретного прибора (∆x) к максимуму (или пределу) измеряемой величины (x пр). Полученная величина, выраженная в процентах, и будет классом точности конкретного прибора:

- ɣ = ∆x / x пр * 100%.

Любой электроизмерительный прибор на шкале обязательно имеет указание на класс точности. Согласно ГОСТу он может быть 0,05, 0,1, 0,2, 0,5, 1,0, 1,5, 2,5 и 4,0. На этом основании приборы можно классифицировать следующим образом:

Класс точности 0,05 и 0,1 - образцовые, использующиеся для поверки точных приборов (например, лабораторных);

Класс точности 0,2 и 0,5 - лабораторные, используются в лабораториях для производства измерений и поверки технических приборов;

Класс точности 1,0, 1,5, 2,5 и 4,0 - технические, применяются для технических измерений.

Электроизмерительные приборы: принцип действия

Работа большей части электроизмерительных приборов основана на магнитоэлектрическом эффекте. Электроны, двигаясь по проводнику электрической цепи, образуют вокруг себя магнитное поле. В нем и перемещается стрелка измеряющего устройства, реагируя на силу окружающего поля. Чем магнитное поле слабее, тем меньше отклонение стрелки и наоборот.

Если в непосредственной близости от проводника, через который не протекает электрический ток, подвешена стрелка, то реагировать она может только на магнитное поле Земли. Но если через проводник пропустить ток, стрелка будет уже реагировать на магнитное поле электрического тока. Таким образом, механическое отклонение стрелки провоцируют электроны, двигаясь через проводник. И следовательно, чем больше электрический ток, тем сильнее образованное им поле и тем дальше от начального положения отклоняется стрелка. Этот незатейливый принцип является основополагающим для большинства электроизмерительных приборов.

Один электроизмерительный прибор отличается от другого не измерительным отклонением стрелки (приборов с цифровым индикатором это не касается), а внутренними цепями и способами создания электромагнитного поля. Как известно, для движения в электрической сети электронов необходима нагрузка. Поэтому это движение имеет некоторые различия в омметрах, вольтметрах и амперметрах, имеющих измерительные клещи. Приборы с такими захватами «вытягивают» магнитное поле из пластинок, их образующих. В вольтметре для получения магнитного поля применяется резистор, который получает нагрузку при подаче на цепь напряжения. Омметр имеет индивидуальный источник питания и использует устройство, которое подвергает измерению, для образования магнитного поля.

Описанные выше приборы проводят измерения одинаковым способом, притом что подача нагрузки и источники питания у них разные.

Измерительное смещение стрелки, провоцируемое магнитным полем движущихся электронов, указывает на какое-либо деление шкалы. Их обычно несколько, и у каждой свой предел измерения напряжения, сопротивления и тока. На некоторых приборах для удобства пользователя продуман селекторный переключатель.

Как работают цифровые измерители

Цифровые электроизмерительные приборы имеют высокий класс точности (погрешность варьируется от 0,1 до 1,0 %) и широкий предел измерений. Они быстродейственны и могут совместно работать с электронно-вычислительными машинами, что позволяет передавать результаты измерений без каких-либо искажений на различные расстояния.

Эти устройства считаются приборами сравнения и непосредственной оценки. Их работа основана на принципе перевода измеряемой величины в код, благодаря чему пользователь имеет цифровое представление информации. Ещё какие электроизмерительные приборы относятся к цифровым? Это устройства, которые, измеряя непрерывную электрическую величину, автоматически конвертируют её в дискретную, кодируют и выдают результат в цифровой форме, удобной для считывания пользователем.

Устройства, расположенные в одном корпусе

Это приборы, которые для неодновременного измерения нескольких величин используют один механизм для измерения. Или же они имеют несколько преобразователей с общим для всех отсчетным устройством (шкалой). Она градуируется в единицах измеряемых величин. Чаще всего комбинированные электроизмерительные приборы совмещают в себе устройства, измеряющие силу постоянного или переменного тока и электрического напряжения (ампервольтметры); сопротивления, силы постоянного и переменного тока, напряжение (авометры или ампервольтомметры). А также существуют универсальные цифровые электроизмерительные приборы, которые измеряют напряжение постоянного и переменного тока, индуктивность и количество импульсов.

Примером такого устройства может служить новая разработка "Актаком ADS-4031".Прибор от компании "Актаком" гармонично сочетает в себе функциональный генератор, цифровой осциллограф, частотомер, RLC-метр и цифровой мультиметр. Кроме основных пяти совмещенных устройств, осциллографический тестер благодаря дополнительным приспособлениям может использоваться для ряда других измерительных задач.

Производство и разработка электроизмерительных приборов

На территории России работают и активно продвигают на рынок свою продукцию как новые предприятия, так и заводы, ведущие свою историю со времен СССР. Рассмотрим их более подробно.

ОАО «Электроприбор»

Один из таких долгожителей - Чебоксарский завод электроизмерительных приборов. Сегодня он называется ОАО «Электроприбор». Его цеха выпускают аналоговые и цифровые электроизмерительные устройства и шунты. В прайсах завода - амперметры, вольтметры, ватт- и варметры, многофункциональные устройства для измерений. А также измерительные преобразователи напряжения, тока, частоты и мощности. В современных реалиях завод принял к производству линейку вспомогательных изделий - шунтов, которые способны расширять диапазон измерения по напряжению и току. Выпускает «Электроприбор» трансформаторы и добавочные сопротивления.

Пользуются большим спросом приборы с электронными преобразователями, измеряющими частоту реактивной или активной мощности, а также ее коэффициент. Не менее популярны индикаторы, приборы для оснащения специализированных учебных кабинетов, различные цифровые приборы и комплектующие. В конце прошлого века предприятие получило сертификат, подтверждающий систему менеджмента качества ИСО 9001, соответствующую международному стандарту.

Чебоксарский завод более 55 лет занимает лидерские позиции среди производителей электроизмерительных приборов.

ОАО «НИИ Электромера»

65 лет назад, согласно Постановлению Совета министров СССР, был образован ВНИИЭП - Всесоюзный научно-исследовательский институт электроизмерительных приборов. Кроме научно-исследовательских работ по разработке новейших образцов техники здесь изготавливали небольшие серии высокоточных, уникальных приборов.
Разрабатывая системы электроизмерительных приборов, предназначенных для автоматизации экспериментов и промиспытаний сложной техники, институт создал измерительно-управляющие комплексы.

В конце прошлого столетия ВНИИЭП преобразован в ОАО «НИИ Электромера».

ООО «Белтехприбор»

Одно из современных предприятий - ООО «Белтехприбор». Здесь постоянно расширяют номенклатуру выпускаемой продукции. Сегодня контрольно-измерительные приборы и низковольтное оборудование поставляется на отечественные предприятия машиностроительного, электромеханического, топливно-энергетического и нефтеперерабатывающего профиля.

Для контроля за правильностью работы электротехнических установок, испытания их, определения параметров электрических цепей, учета расходуемой электрической энергии и т. д. производят различные электрические измерения. В технике связи, как и в технике сильных токов, электрические измерения имеют важное значение. Приборы, с помощью которых измеряются различные электрические величины: ток, напряжение, сопротивление, мощность и т. д., - называются электрическими измерительными приборами.

Существуют большое количество различных электроизмерительных приборов. Наиболее часто при производстве электрических измерений используются: амперметры, вольтметры, гальванометры, ваттметры, электросчетчики, фазометры, фазоуказатели, синхроноскопы, частотомеры, омметры, мегомметры, измерители сопротивления заземления, измерители емкости и индуктивности, осциллографы, измерительные мосты, комбинированные приборы и измерительные комплекты.

Электроизмерительный комплект К540 (в его состав входит вольтметр, амперметр и ваттметр):

Классификация электроизмерительных приборов по принципу действия

По принципу действия электроизмерительные приборы подразделяются на следующие основные типы:

1. Приборы магнитоэлектрической системы , основанные на принципе взаимодействия катушки с током и внешнего магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом.

2. Приборы электродинамической системы , основанные на принципе электродинамического взаимодействия двух катушек с токами, из которых одна неподвижна, а другая подвижна.

3. Приборы электромагнитной системы , в которых используется принцип взаимодействия магнитного поля неподвижной катушки с током и подвижной железной пластинки, нaмагниченной этим полем.

4. Тепловые измерительные приборы , использующие тепловое действие электрического тока. Нагретая током проволока удлиняется, провисает, и вследствие этого подвижная часть прибора получает возможность повернуться под действием пружины, выбирающей образовавшуюся слабину проволоки.

5. Приборы индукционной системы , основанные нa принципе взаимодействия вращающегося магнитного поля с токами, индуктированными этим полем в подвижном металлическом цилиндре.

6. Приборы электростатической системы , основанные на принципе взаимодействия подвижных и неподвижных металлических пластин, заряженных разноименными электрическими зарядами.

7. Приборы термоэлектрической системы , представляющие собой совокупность термопары с каким-либо чувствительным прибором, например магнитоэлектрической системы. Измеряемый ток, проходя через термопару, способствует возникновению термотока, воздействующего на магнитоэлектрический прибор.

8. Приборы вибрационной системы , основанные нa принципе механического резонанса вибрирующих тел. При заданной частоте тока наиболее интенсивно вибрирует тот из якорьков электромагнита, период собственных колебаний которого совпадает с периодом навязанных колебаний.

9. Электронные измерительные приборы - приборы, измерительные цепи которых содержат электронные элементы. Они используется для измерений практически всех электрических величин, а также неэлектрических величин, предварительно преобразованных в электрические.

По типу отсчетного устройства различают аналоговые и цифровые приборы. В аналоговых приборах измеряемая или пропорциональная ей величина непосредственно воздействует на положение подвижной части, на которой расположено отсчетное устройство. В цифровых приборах подвижная часть отсутствует, а измеряемая или пропорциональная ей величина преобразуется в числовой эквивалент, регистрируемый цифровым индикатором.

Отклонение подвижной части у большинства электроизмерительных механизмов зависит от значений токов в их катушках. Но в тех случаях, когда механизм должен служить для измерения величины, не являющейся прямой функцией тока (сопротивления, индуктивности, емкости, сдвига фаз, частоты и т. д.), необходимо сделать результирующий вращающий момент зависящим от измеряемой величины и не зависящим от напряжения источника питания.

Для таких измерений применяют механизм, отклонение подвижной части которого определяется только отношением токов в двух его катушках и не зависит от их значений. Приборы, построенные по этому общему принципу, называются логометрами. Возможно построение логометрического механизма любой электроизмерительной системы с характерной особенностью - отсутствием механического противодействующего момента, создаваемого закручиванием пружин или растяжек.

На рисунках ниже приведены условные обозначения электроизмерительных приборов по принципу их действия.

Обозначение принципа действия прибора

Классификация электроизмерительных приборов по роду измеримой величины

Электроизмерительные приборы классифицируются и по роду измеряемой ими величины, так как приборы одного и того же принципа действия, но предназначенные для измерения разных величин могут значительно отличаться друг от друга по своей конструкции, не говоря уже о шкале прибора.

В таблице 1 приведен перечень условных обозначений наиболее употребительных электроизмерительных приборов.

Таблица 1. Примеры обозначения единиц измерения, их кратных и дольных значений

Наименование	Обозначение	Наименование	Обозначение
Килоампер	kA	Коэффициент мощности	cos φ
Ампер	A	Коэффициент реактивной мощности	sin φ
Миллиампер	mA	Тераом	TΩ
Микроампер	μA	Мегаом	MΩ
Киловольт	kV	Килоом	kΩ
Вольт	V	Ом	Ω
Милливольт	mV	Миллиом	mΩ
Мегаватт	MW	Микром	μΩ
Киловатт	kW	Милливебер	mWb
Ватт	W	Микрофарада	mF
Мегавар	MVAR	Пикофарада	pF
Киловар	kVAR	Генри	H
Вар	VAR	Миллигенри	mH
Мегагерц	MHz	Микрогенри	μH
Килогерц	kHz	Градус стоградусной температурной шкалы	o C
Герц	Hz
Градусы угла сдвига фаз	φ o

Классификация электроизмерительных приборов по степени точности

Абсолютной погрешностью прибора называют разность между показанием прибора и истинным значением измеряемой величины.

Например, абсолютная погрешность амперметра равна

δ = I - I э,

Если I >I э, то абсолютная погрешность прибора положительна, а при I э, она отрицательна.

Поправкой прибора называют величину, которую надо прибавить к показаниям прибора, чтобы получить истинное значение измеряемой величины.

I э = I - δ = I + (-δ)

Следовательно, поправка прибора - величина р авная абсолютной погрешности прибора, но противоположная ей по знаку. Например, если амперметр показал 1 = 5 А, а абсолютная погрешность прибора равна δ =0,1 а, то истинное значение измеряемой величины равно I = 5+ (-0,1) = 4,9 а.

Приведенной погрешностью прибора называется отношение абсолютной погрешности к наибольшему возможному отклонению показателя прибора (номинальному показанию прибора).

Например, для амперметра

β = (δ/In) · 100% = ((I - Iэ )/In) · 100%

Где β - приведенная погрешность в процентах, In - номинальное показание прибора.

Точность прибора характеризуется величиной его максимальной приведенной погрешности. Согласно ГОСТ 8.401-80 приборы по степени их точности разделяются на 9 классов: 0,02, 0,05, 0,1, 0,2, 0,5, 1,0, 1,5, 2,5 и 4,0. Если, например, данный прибор имеет класс точности 1,5, то это значит, что его максимальная приведенная погрешность равна 1,5%.

Электроизмерительные приборы, имеющие классы точности 0,02, 0,05, 0,1 и 0,2, как наиболее точные, применяются там, где требуется весьма большая точность измерения. Если прибор имеет приведенную погрешность выше 4%, то он считается внеклассным.

Чувствительность и постоянная измерительного прибора

Чувствительностью прибора называют отношение углового или линейного перемещения указателя прибора, приходящееся на единицу измеряемой величины. Если , то чувствительность его по всей шкале одинакова.

Например, чувствительность амперметра, имеющего равномерную шкалу, определяется формулой

S = Δα/ΔI,

Где S - чувствительность амперметра в делениях на ампер, Δ I - приращение тока в амперах или миллиамперах, Δα - приращение углового перемещения показателя прибора в градусах или миллиметрах.

Если шкала прибора неравномерна, то чувствительность прибора в различных областях шкалы различна, так как одному и тому же приращению (например, тока) будут соответствовать разные приращения углового или линейного перемещения показателя прибора.

Величина, обратная чувствительности прибора, называется постоянной прибора. Следовательно, постоянная прибора - это цена деления прибора, или, иначе, величина, на которую должен быть помножен отсчет по шкале в делениях, чтобы получить измеряемую величину.

Например, если постоянная прибора равна 10 мА/дел (десять миллиампер на деление), то при отклонении его указателя на α = 10 делений измеряемая величина тока равна I = 10 - определение погрешностей или поправок для совокупности значений шкалы прибора путем сравнения в различных сочетаниях отдельных значений шкалы друг с другом. За основу сравнения берется одно из значений шкалы. Калибровка широко применяется в практике точной метрологической работы.

Простейший способ калибровкой - сравнение каждого размера с номинально равным ему (принимаемым за достаточно верный) размером. Это понятие не следует смешивать (как это часто делают) с градуированием (градуировкой) измерительных приборов, представляющим собой метрологическую операцию, при помощи которой делениям шкалы измерительного прибора придаются значения, выраженные в установленных единицах измерения.

Мощность потерь энергии в приборах

Электроизмерительные приборы потребляют при работе энергию, которая в них преобразуется обычно в тепловую энергию. Мощность потерь зависит от режима в цепи, а также от системы и конструкции прибора.

Если измеряемая мощность относительно мала, а следовательно, относительно малы ток или напряжение в цепи, то мощность потерь энергии в самих приборах может заметно влиять на режим исследуемой цепи и показания приборов могут иметь довольно большую погрешность. При точных измерениях в цепях, где развиваемые мощности сравнительно малы, необходимо знать мощность потерь энергии в приборах.

В табл. 2 приведены средние величины мощности потерь энергии в различных системах электроизмерительных приборов.

Страница 1 из 2

Электрические приборы для измерения различных величин

Обычно под термином «измерение» понимают процесс сравнения измеряемой величины с физически однородной ей величиной известного размера, называемой мерой. Следовательно, измерение представляет собой информационный процесс, результатом которого является получение измерительной информации - количественной (числовой) информации об измеряемых величинах.
Для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем (человеком), предназначен измерительный прибор. По способу образования показаний измерительные приборы делятся на показывающие и регистрирующие.

Регистрирующий прибор содержит механизм регистрации показаний. Если в приборе предусмотрена запись показаний в форме диаграмм, то его называют самопишущим прибором.
Электрические измерительные приборы предназначены для измерения не только электрических величин - напряжения, силы, частоты и мощности тока, сопротивления, но и неэлектрических величин - температуры, влажности, уровня, давления и т. д. Электрические измерительные приборы, показания которых считывают с неподвижной градуировочной шкалы, относительно которой плавно перемещается стрелочный или световой указатель, называются аналоговыми. Приборы, показания которых представлены в цифровой форме на специальном отсчетном устройстве и изменяются дискретно (ступенями) при плавном изменении измеряемой величины, называются цифровыми.

Аналоговые электроизмерительные приборы имеют электромеханический измерительный механизм, преобразующий электрическую величину в отклонение подвижной системы и связанного с ней указателя (стрелки). Преобразование электрической энергии измеряемой величины в механическую энергию отклонения подвижной системы и указателя происходит в результате взаимодействия магнитных и электрических полей.
Всю информацию о принципе действия прибора, единицах измерения, точности, безопасности и т. п. указывают на шкале прибора (рис. 1).
На приборы обычно наносят следующие условные обозначения.

1. Основные единицы измерени я: ампер - А, килоампер - кА, миллиампер - тА, микроампер - μΑ, киловольт - kV, вольт - V, милливольт - mV, киловатт - kW, ватт - W, ом - Ω, килоом - κΩ, мегом - ΜΩ ит д.

Рис. 1. Шкала аналогового прибора

1. Тип прибора. Маркировка прибора состоит из буквы и четырехзначного числа. Буква показывает принцип действия прибора (М - магнитоэлектрический, Э - электромагнитный, Д - электродинамический и т. д.).
2. Род тока. Постоянный обозначают знаком -, переменный ~, постоянный и переменный =.
3. Принцип действия прибора. Электроизмерительные приборы классифицируют в зависимости от физического принципа получения механической силы, перемещающей подвижную часть с указателем прибора, на несколько основных групп (табл. 1).

1. Классификация электроизмерительных приборов

Наименование прибора	Условное обозначение	Физическое явление
Магнитоэлектрический с подвижной рамкой		Взаимодействие магнитных полей постоянного магнита и проводника с током
Магнитоэлектрический с выпрямителем
Электромагнитный		Втягивание стального сердечника магнитным полем катушки с током
Электродинамический		Взаимодействие двух проводников с током

5. Безопасность. Внутри пятиконечной звездочки указана цифра испытательного напряжения в киловольтах.
6. Используемое положение: прибор применять при вертикальном положении шкалы - _1_; при горизонтальном положении шкалы - I 1; при наклонном положении (под углом, например, 60°) - Ζ 60°.

1. Класс точности - характеризует погрешность, которую внесет данный прибор в результат. При измерениях всегда неизбежны погрешности. Разность между показанием прибора х„ и действительным значением измеряемой величины х, называют абсолютной погрешностью: Ах ==хп -хг. Однако по значению абсолютной погрешности трудно судить о точности измерений. Поэтому для указания и нормирования погрешности прибора используют приведенную относительную погрешность, представляющую собой отношение абсолютной погрешности к максимально возможной измеряемой величине - верхнему пределу измерений хпр.

Приведенная относительная погрешность


Класс точности прибора определяет наибольшую основную приведенную погрешность в процентах. Согласно стандарту аналоговые электроизмерительные приборы по степени точности делят на классы: 6; 4; 2,5; 1,5; 1,0; 0,5; 0.2; 0,1; 0,05; 0,02; 0,01 и т. д.

Магнитоэлектрический прибор.

Схема магнитоэлектрического прибора изображена на рисунке 2. Он состоит из постоянного магнита 1 и подвижной обмотки 3 из медного провода, намотанной на прямоугольный алюминиевый каркас. Один конец обмотки присоединен к спиральной пружине 5, а другой - к пружине 6. Каркас с обмоткой может поворачиваться вокруг неподвижного стального сердечника 2. Вместе с каркасом и обмоткой могут поворачиваться ось 4, а следовательно, и указательная стрелка 7.

Рис. 2. Схема магнитоэлектрического прибора:
1 - постоянный магнит; 2 - сердечник; 3 - обмотка; 4 - ось; 5, 6 - пружины; 7 - стрелка

В магнитоэлектрическом приборе измеряемый ток пропускается через обмотку. Следовательно, проводники обмотки с током оказываются в магнитном поле постоянного магнита. Тогда, согласно закону Ампера (проводник с током выталкивается из магнитного поля) на каждый проводник обмотки начинает действовать механическая сила F, пропорциональная силе тока в обмотке прибора. Под действием этой силы рамка с обмоткой, а вместе с ней и стрелка поворачиваются в направлении действия силы F.
При повороте стрелки происходит закручивание спиральных пружин 5 и 6 и они создают противодействующее усилие, пропорциональное углу их кручения.

Для обеспечения возможности измерений переменного тока с помощью приборов электромагнитной системы последовательно с прибором включают выпрямительное устройство, преобразующее переменный ток в постоянный. Такие приборы называют выпрямительными.

Электромагнитный прибор.

Принцип действия этого прибора основан на втягивании сердечника магнитным полем плоской катушки.
В электромагнитном измерительном механизме, показанном на рисунке 3, плоская катушка из медного провода имеет воздушный промежуток, в который при появлении магнитного поля (тока в катушке) втягивается эксцентрично укрепленный на оси 1 сердечник 6, изготовленный из электротехнической стали. На оси 4 укреплены также движущиеся части электромагнитного успокоителя.

Рис. 3. Схема прибора электромагнитной системы:
1 - катушка; 2, 3 - детали успокоителя; 4 - ось; 5 - постоянный магнит успокоителя; 6 - сердечник; 7,9 - части стрелки; 8- пружина

Электромагнитные приборы просты по конструкции и пригодны для работы в цепях как постоянного, так и переменного тока. Но поскольку чувствительность и точность этих приборов сравнительно невелики, то их в основном используют как щитовые приборы классов 1,5 и 2,5, работающие на переменном токе промышленной частоты 50 Гц.

Электродинамические приборы.

Рис. 4. Схема электродинамического прибора:

1, 2- части неподвижной катушки; 3- подвижная катушка; 4- воздушный успокоитель

Эти приборы оснащены измерительным механизмом с неподвижной и подвижной катушками (рис. 4). Неподвижная катушка состоит из двух частей (катушек) 1 и 2, соединенных последовательно так, что их магнитные поля складываются. Для быстрого уравновешивания стрелки прибора, как правило, устанавливают воздушный успокоитель 4.
Если через неподвижную катушку пропустить ток 1, а через подвижную - ток 2, то механическое усилие, воздействующее на подвижную систему прибора, будет пропорционально произведению токов. Следовательно, электродинамическим прибором можно измерять силу, напряжение и мощность электрического тока в цепях как постоянного, так и переменного тока.

Цифровые измерительные приборы.

Принцип действия их основан на автоматическом преобразовании непрерывной или аналоговой измеряемой величины в дискретные сигналы в виде кода, в соответствии с которым ее значение отображается на отсчетном устройстве в цифровой форме. Преимущества цифровых приборов по сравнению с аналоговыми: удобство и точность отсчета (отсутствие субъективных ошибок наблюдателя); высокая точность измерений, практически недостижимая для аналоговых приборов; возможность документально регистрировать (печатать) результаты измерений и в виде цифрового кода вводить их в компьютер или передавать по каналам связи.


Рис. 5. Функциональная схема цифрового измерительного прибора
В современной технике цифровые измерительные приборы используют для измерения электрических величин в основном в виде универсальных измерительных приборов (мультиметров), которые могут одновременно измерять напряжение, ток, сопротивление и частоту электрического сигнала.
На рисунке 5. показана функциональная схема цифрового измерительного прибора. Он состоит из двух функциональных устройств: аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и цифрового отсчетного устройства (ЦОУ).