страница - 9
1.4.2. СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ
Приборы для измерения электрических величин классифицируют по принципу действия.
Магаитозлектрпескне (МЭ) приборы.
Подвижная часть приборов этой системы отклоняется в результате взаимодействия поля постоянного магнита и контура с протекающим по нему током. Магнитоэлектрические приборы имеют высокую чувствительность, малую потребляемую мощность, равномерную шкалу, хорошее успокоение. МЭ применяют как самостоятельно, так и в сочетании с различными преобразователями переменного тока в постоянный, для измерений на переменном токе.
Электромагнитные (ЭМ) приборы. Подвижная часть приборов этой системы отклоняется в результате взаимодействия магнитного поля катушки с протекающим по ней током и ферромагнитного сердечника. Шкалы ЭМ приборов неравномерны в начальной части (20 %) и в конце. ЭМ приборы пригодны для работы на постоянном и переменном токе, устойчивы к перегрузкам, отличаются простотой конструкции; имеют низкую стоимость. Недостатком является низкая чувствительность, значительная потребляемая мощность, влияние на точность измерений частоты измеряемого сигнала, внешних магнитных полей и температуры окружающей среды.
Электродинамические (ЭД) приборы. Принцип действия приборов основан на взаимодействии подвижной и неподвижной катушек с протекающими по ним токами. Шкалы ЭД приборов неравномерны, что зависит от формы катушек и их взаимного расположения.
Преимущество ЭД приборов - возможность работы в цепях постоянного и переменного тока с расширенным диапазоном частот. Приборы этой системы имеют большую потребляемую мощность и низкую чувствительность.
Ферродинамические (ФД) приборы. Приборы являются разновидностью ЭД приборов и отличаются выполнением неподвижных катушек на магнитопроводе из магнитомягкогр материала. Потребляемая мощность меньше, чем у ЭД приборов, меньше влияние внешних магнитных полей и механических воздействий. При применении ФД приборов на постоянном токе появляется погрешность от гистерезиса, которая проявляется в виде различных показаний прибора в зависимости от возрастания или убывания тока нагрузки.
Электростатические (ЭС) приборы. Подвижная часть приборов перемещается в результате взаимодействия электрически заряженных проводников. Шкалы неравномерны. ЭС приборы можно использовать в цепях постоянного и переменного тока. К особеннос-
тям относится принципиальная возможность измерения только электрического напряжения, причем непосредственного измерения напряжений до 300 кВ в широком диапазоне частот - до десятков мегагерц.
Индукционные (И) приборы. Приборы содержат катушки, питаемые переменным током и создающие переменные магнитные поля, наводящие токи в подвижном диске, взаимодействующие с магнитными потоками. В результате этого взаимодействия подвижная часть приборов приходит во вращение. На основе индукционных измерительных механизмов выполняют электрические счетчики активной и реактивной энергии и ваттметры.
Термоэлектрические приборы измеряют нагрев проводника (описываемый законом 2
AQ~Ri ) проходящим по нему током. В приборах определяется непосредственно эффективное (действующее) значение тока.
Предельные параметры приборов различных систем дают представление о возможностях измерительных систем (табл. 1.4.2).
Измерительные преобразователи (ИП) предназначены для линейного преобразования основных параметров (силы постоянного и переменного тока, напряжения постоянного и переменного тока, частоты, угла сдвига фаз и коэффициента мощности, активной и реактивной мощностей) в унифицированные сигналы - напряжение 0 - 10 В и силу тока 0-5 мА.
1.4.3. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ
В зависимости от объекта измерений, требуемой точности результата, диапазона рабочих частот, допустимого напряжения на измеряемом объекте применяют различные методы измерений. Наибольшее применение при измерении параметров линейных элементов получили метод вольтметра-амперметра, метод непосредственной оценки и мостовой метод.
Метод вольтметра-амперметра является косвенным, так как сводится к расчету по закону Ома параметров цепей на основании результатов измерений.
Этот метод используется при измерении активного и полного сопротивлений, емкости, индуктивности или взаимной индуктивности.
Метод непосредственной оценки реализуется в приборах прямого действия и используется для измерения сопротивления, емкости и индуктивности.
Мостовые методы применяют для измерения параметров линейных элементов. Мостовые средства измерений характеризуются высокой точностью, широким диапазоном измеряемых значений, высокой чувствительностью, возможностью измерения различных величин.
1.4.2. Предельные параметры электромеханических приборов различных систем
Система | Основная величина, преобразуемая в угол отклонения | Род тока; диапазон частот | Наименование приборов | Пределы измерения при непосредственном включении | Наивысший класс точности | |
минимальный | максимальный | |||||
Магаито электрическая | Сила тока / | Постоянный | Амперметры Вольтметры Гальванометры Омметры | 0,1 • Ю-6 А 0,3 • ю-3 В 1 х 10"4 Ом | - | од |
Электромагнитная | 2 Сила тока / | Постоянный; переменный (действующее значение); 40 Гц - 8 кГц | Амперметры Вольтметры | 0,005 А 0,75 В | ЗООА 600 В | 0,2 |
Электродинамическая | Сила тока ij х 12 | Постоянный; переменный (действующее значение); 40 Гц - 20 кГц | Амперметры Вольтметры Ваттметры Варметры Фазометры Частотомеры | 0,001 А 0,045 В 0,75 Вт 75 вар 1Гц | 10 А 600 В | 0,05 |
Ферродинамическая | Сила тока 1± х /2 | Постоянный; переменный (действующее значение); 10 Гц - 10 кГц | Амперметры Вольтметры Ваттметры Варметры Фазометры Частотомеры | 0,1 А 15 В 0,3 Вт 75 вар 4Гц | 10 А 600 В | 0,2 |
Электростатическая | Напряжение U2 | Постоянный; переменный (действующее значение); 20 Гц - 30 МГц | Вольтметры | 10 В | 300000 В | 0,05 |
Индукционная | Сила тока Ix х 12 | Переменный; 50, 60 и 400 Гц | Счетчики электрической энергии, ваттметры | Номинальные значения 57,7 В; 1А | Номинальные значения 380 В; 50 А | 1,0 |
1 1-1 | 1 1-1 |
1 1 (g | 1 1 |
г- л, " | Яг |
Рис. 1.4.1. Мост Уитстонж для измерения сопротивлений
Для измерения емкости, индуктивности и других параметров цепей переменного тока используются мосты переменного тока. Особенностью мостов переменного тока является необходимость при уравновешивании регулирования не менее двух параметров моста. Процесс уравновешивания заключается в попеременном регулировании этих параметров. Трансформаторные мосты переменного тока имеют ряд преимуществ по сравнению с обычными мостами.
Для количественного определения напряженности электрического поля применяют емкостные датчики, заряд которых в поле пропорционален напряженности этого поля. Чтобы можно было проводить непрерывное измерение, зонд, находящийся в поле, перекрывается и вновь открывается с быстрым чередованием, например вращающейся заслонкой. Ток, протекающий, • через известное разрядное сопротивление, в таком случае будет пропорционален составляющей напряженности поля, перпендикулярной к зонду (датчику).
Измерение активных сопротивлений. В основу измерения активного (омического) сопротивления положен закон Ома. Поэтому определить сопротивление R можно, пропуская известный ток / через резистор, омическое сопротивление которого измеряется, и определяя падение напряжения на нем.
Удобнее и точнее измерять сопротивление при помощи моста Уитстона (рис. 1.4.1). Источник постоянного напряжения питает две ветви RxN и 12 схемы моста. Измеряемое сопротивление R можно уравнять с известным сопротивлением Ду эталонного резистора, изменяя отношение R / Л2 до тех поР> пока ток в нуль-гальванометре G не станет равным нулю. При этом справедливы равенства:
RX =%(/Л2)
Если Rx очень мало (в пределах 1 Ом -1 мкОм), то переходные сопротивления получаются сопоставимыми с измеряемыми и вносят значительную погрешность в результат измерения. В этом случае применяют несколько более сложный мост Томсона. В мосте Томсона для неизвестного сопротивления применяется четырехпроводная схема: два токоподвода и два подвода для напряжения, электрически расположенные за переходными сопротивлениями и предназначаемые для измерения напряжения собственно на сопротивлении.
Мосты Уитстона и Томсона дают в простом и удобном для использования схемном исполнении точность измерений порядка 1 %; точность лабораторных мостов прецизионного исполнения может достигать 10 6 и более.
Измерение полных сопротивлений. Полные сопротивления цепи можно определять, питая цепь переменным напряжением и измеряя ток / и напряжение U по модулю и по их взаимному положению по фазе. Это можно осуществить при помощи схемы на рис. 1.4.2.
Для схемы справедливы соотношения
г2.
Z=U/I; col, = Z2-R;
tg5 = R8/(aL.
Этот способ измерения полных сопротивлений применяют в первую очередь на энергетических объектах.
Для измерения полных сопротивлений можно применять также и мостовые схемы, сходные с мостом Уитстона. Когда нуль-индикатор п (рис 1.4.3) показывает Uп = О, соблюдается соотношение
Zl = Z2Z3/ZA
Рис 1.4.2. Определение путем измерения тока,
сопротивлений и мощности
содержание:
[стр.Введение] [стр.1] [стр.2] [стр.3] [стр.4] [стр.5] [стр.6] [стр.7] [стр.8] [стр.9] [стр.10] [стр.11] [стр.12] [стр.13] [стр.14] [стр.15] [стр.16] [стр.17] [стр.18] [стр.19] [стр.20] [стр.21] [стр.22] [стр.23] [стр.24] [стр.25] [стр.26] [стр.27] [стр.28] [стр.29] [стр.30] [стр.31] [стр.32] [стр.33] [стр.34] [стр.35] [стр.36] [стр.37] [стр.38] [стр.39] [стр.40] [стр.41] [стр.42] [стр.43] [стр.44] [стр.45] [стр.46] [стр.47] [стр.48] [стр.49] [стр.50] [стр.51] [стр.52] [стр.53] [стр.54] [стр.55] [стр.56] [стр.57] [стр.58] [стр.59] [стр.60] [стр.61] [стр.62] [стр.63] [стр.64] [стр.65] [стр.66] [стр.67] [стр.68] [стр.69] [стр.70] [стр.71] [стр.72] [стр.73] [стр.74] [стр.75] [стр.76] [стр.77] [стр.78] [стр.79] [стр.80] [стр.81] [стр.82] [стр.83] [стр.84] [стр.85] [стр.86] [стр.87] [стр.88] [стр.89] [стр.90] [стр.91] [стр.92] [стр.93] [стр.94] [стр.95] [стр.96] [стр.97] [стр.98] [стр.99] [стр.100] [стр.101] [стр.102] [стр.103] [стр.104] [стр.105] [стр.106] [стр.107] [стр.108] [стр.109] [стр.110] [стр.111] [стр.112] [стр.113] [стр.114] [стр.115] [стр.116] [стр.117] [стр.118] [стр.119] [стр.120] [стр.121] [стр.122] [стр.123] [стр.124] [стр.125] [стр.126] [стр.127] [стр.128] [стр.129] [стр.130] [стр.131] [стр.132] [стр.133] [стр.134] [стр.135] [стр.136] [стр.137] [стр.138] [стр.139] [стр.140] [стр.141] [стр.142] [стр.143] [стр.144] [стр.145] [стр.146] [стр.147] [стр.148] [стр.149] [стр.150] [стр.151]