ЕЛЕКТРИЧНИ МЕРЕЊА И ИНСТРУМЕНТИ

3.1. Улогата на мерењата во електротехниката

Во секое поле на знаење, мерењата се исклучително важни, но тие се особено важни во електротехниката.

Механички, термички, светлосни појавичовек перцепира со помош на неговите сетила. Ние, иако приближно, можеме да ја процениме големината на предметите, брзината на нивното движење и осветленоста на светлечките тела. За долго времевака луѓето го проучувале ѕвезденото небо.

Но, јас и ти реагираме на ист начин на проводник чија струја е 10 mAили 1 А(т.е. 100 пати повеќе).

Го гледаме обликот на проводникот, неговата боја, но нашите сетила не ни дозволуваат да ја процениме големината на струјата. На ист начин, ние сме целосно рамнодушни кон магнетното поле создадено од серпентина, електричното поле помеѓу плочите на кондензаторот. Медицината утврдила одредено влијание на електричните и магнетните полиња врз човечкото тело, но ние не го чувствуваме ова влијание, а големината електромагнетно полене можеме да оцениме.

Единствените исклучоци се многу силни полиња. Но и овде има непријатно пецкање, кое може да се забележи при шетање наоколу високонапонска линијапреносот нема да ни дозволи ниту приближно да ја процениме големината на електричниот напон во водот.

Сето ова ги принуди физичарите и инженерите уште од првите чекори на истражување и примена на електрична енергија да користат електрични мерни инструменти.

Инструментите се очите и ушите на електроинженерот. Без нив тој е глув и слеп и целосно беспомошен. Милиони електрични мерни инструменти се инсталирани во фабрики и истражувачки лаборатории. Секој стан има и мерен уред - електрично броило.

Читањата (сигналите) на електричните мерни инструменти се користат за проценка на работата на различни електрични уреди и состојбата на електричната опрема, особено состојбата на изолацијата. Електричните мерни инструменти се одликуваат со висока чувствителност, точност на мерењето, доверливост и леснотија на имплементација.

Успесите на производството на електрични инструменти доведоа до фактот дека другите индустрии почнаа да ги користат неговите услуги. Почнаа да се користат електрични методи за одредување на димензиите, брзините, масата и температурата. Имаше дури независна дисциплина “Електричните мерења не се електрични количини ”.

Читањата на електричните мерни инструменти може да се пренесуваат на долги растојанија (телеметрија), тие можат да се користат за директно влијаниена производствени процеси(автоматска регулација); со нивна помош се снима напредокот на контролираните процеси, на пример со снимање на лента и сл.

Употребата на полупроводничка технологија значително ја прошири употребата на електрични мерни инструменти.

Да се ​​измери која било физичка количина значи експериментално да се најде нејзината вредност со помош на специјални технички средства.

Тестирањето на клупата на најновата опрема е незамисливо без електрични мерења Така, при тестирање на турбогенератор со моќност од 1200 MWВо фабриката „Електросила“ беа направени мерења на 1.500 точки.

Развојот на електрични мерни инструменти доведе до употреба на микроелектроника во нив, што овозможува да се измерат физичките величини со грешка од не повеќе од 0,005-0,0005%.

3.2. Основни поими, термини и дефиниции

резултати теоретска дејностбез експериментална верификација се несигурни. Мерната опрема за време на експеримент дава резултати кои укажуваат на квалитетот и квантитетот на производите, исправноста на технолошките процеси, дистрибуцијата, потрошувачката и производството. Во исто време, електричните мерења, поради малата потрошувачка на енергија, можноста за пренос на измерени вредности на растојание, голема брзина на мерења и пренос, како и висока точност и чувствителност, се покажаа како пожелни.

Електрични мерења и инструменти, методи и средства за обезбедување на нивното единство, методи за постигнување на потребната точност - сето тоа се однесува на метрологијата, и принципите и методите за воспоставување оптимални норми и правила на интеракција - до стандардизација.

ВО Руска Федерацијастандардизацијата и метрологијата се комбинираат во едно јавна услуга- Државен комитет за стандарди. Во 1963 година, ГОСТ 9867-61 го воведе Меѓународниот систем на единици (SI) врз основа на мерачот ( м), килограм ( килограм), секунди ( Со), ампер ( А), келвин ( ДО) и кандели ( cd).

Прашањата за електричните мерења и инструменти се полесно разбирливи ако се знае содржината на термините и дефинициите.

Метрологија- наука за мерењата, методите и средствата за обезбедување на нивното единство и методите за постигнување на потребната точност.

Мерење- пронаоѓање на вредноста на физичката величина експериментално со помош на посебни технички средства.

Резултат од мерењето- вредноста на физичката величина пронајдена со мерење.

Мерка- мерен инструмент дизајниран да репродуцира физичко количество со дадена големина (на пример, мерна единица светлина - cd).

Трансдуцер- мерен инструмент за генерирање сигнал на мерни информации во форма погодна за пренос, понатамошна конверзија, обработка (или складирање), но не подложна на директна перцепција од набљудувач. Примарниот мерен трансдуктор е сензор.

Мерен уред- мерен инструмент дизајниран да генерира сигнал за мерни информации во форма достапна за директна перцепција од набљудувач.

3.3. Методи на мерење. Грешка во мерењето

За различни измерени електрични величини има свои мерни инструменти, таканаречени мерки. На пример, нормалните елементи служат како мерки на ЕМП, мерните отпорници служат како мерки на електричен отпор, мерните индуктори служат како мерки на индуктивност, кондензаторите со постојан капацитет служат како мерки на електричната капацитивност итн.

Во пракса, се користат различни методи за мерење на различни физички величини. Вторите, во зависност од начинот на добивање на резултатот, се поделени на директноИ индиректно. На директно мерењевредноста на количината се добива директно од експериментални податоци. На индиректно мерењесаканата вредност на количината се наоѓа со броење користејќи позната врска помеѓу оваа количина и вредностите добиени од директни мерења. Така, отпорот на делот на колото може да се одреди со мерење на струјата што тече низ него и применетиот напон, проследено со пресметување на овој отпор од законот на Ом. Најраспространетите методи во технологијата на електрични мерење се методите на директно мерење, бидејќи тие обично се поедноставни и бараат помалку време.

Во електричната мерна технологија тие исто така користат метод на споредба, што се заснова на споредба на измерената вредност со репродуктивна мерка. Методот на споредба може да биде компензаторен или мост. Пример за апликација метод на компензацијаслужи за мерење на напонот со споредување на неговата вредност со вредноста на EMF на нормален елемент. Пример метод на мосте да се измери отпорот користејќи мост со четири краци. Мерењата со помош на методите за компензација и мост се многу точни, но бараат пософистицирана мерна опрема.

Потребите на науката и технологијата вклучуваат многу мерења, чии средства и методи постојано се развиваат и усовршуваат. Најважната улога во оваа област им припаѓа на мерењата на електричните количини, кои наоѓаат широка примена во широк спектар на индустрии.

Концепт на мерења

Мерењето на која било физичка величина се врши со нејзино споредување со одредена количина од ист тип на појава, усвоена како мерна единица. Резултатот добиен од споредбата е претставен нумерички во соодветни единици.

Оваа операција се изведува со користење специјални средствамерења - технички уреди кои комуницираат со објект, чии одредени параметри треба да се измерат. Во овој случај се користат одредени методи - техники преку кои измерената вредност се споредува со мерната единица.

Постојат неколку знаци кои служат како основа за класификација на мерењата на електричните количини по тип:

• Број на мерни акти. Она што е важно овде е дали се еднаш или двапати.
• Степен на точност. Постојат технички, контролни и верификациски мерења, најточни мерења, како и подеднакво точни и нееднакво точни.
• Природата на промената на измерената количина со текот на времето. Според овој критериум, мерењата можат да бидат статични и динамични. Со динамички мерења добиваме моментални вредностиколичини кои се менуваат со текот на времето, а статичните - некои константни вредности.
• Презентација на резултатот. Мерењата на електричните величини може да се изразат во релативни термини или во однос на апсолутна форма.
• Метод за добивање на посакуваниот резултат. Според овој критериум, мерењата се поделени на директни (во кои резултатот се добива директно) и индиректни, во кои директно се мерат количините поврзани со саканата вредност на која било. функционална зависност. Во вториот случај, саканата физичка количина се пресметува од добиените резултати. Така, мерењето на струјата со помош на амперметар е пример за директно мерење, а моќноста е индиректна.

Мерење

Уредите наменети за мерење мора да имаат стандардизирани карактеристики, а исто така да задржат одредено време или да ја репродуцираат единицата на количината што треба да ја измерат.

Инструментите за мерење на електрични количини се поделени во неколку категории во зависност од нивната намена:

• Мерки. Овие средства служат за репродукција на вредност со одредена одредена големина - како што е, на пример, отпорник кој репродуцира одреден отпор со позната грешка.
• формирање на сигнал во форма погодна за складирање, конверзија, пренос. Овој вид на информации не е достапен за директна перцепција.
• Електрични мерни инструменти. Овие алатки се дизајнирани да ги презентираат информациите во форма достапна за набљудувачот. Тие можат да бидат преносливи или неподвижни, аналогни или дигитални, снимање или сигнализирање.
• Електричните мерни инсталации се комплекси од горенаведените средства и дополнителни уреди, концентрирани на едно место. Инсталациите овозможуваат повеќе комплексни мерења(На пример, магнетни карактеристикиили отпорност), служат како уреди за верификација или референца.
• Електричните мерни системи се исто така комбинација на различни средства. Меѓутоа, за разлика од инсталациите, инструментите за мерење на електрични количини и други средства во системот се дисперзирани. Користејќи системи, можете да измерите неколку количини, да складирате, обработувате и пренесувате мерни информациски сигнали.

Доколку е потребно да се реши некој специфичен комплексен мерен проблем, се формираат мерни и пресметковни комплекси кои комбинираат голем број уреди и електронска компјутерска опрема.

Карактеристики на мерните инструменти

Уредите за мерна опрема имаат одредени својства, важни за извршување на нивните директни функции. Тие вклучуваат:

• како што се чувствителноста и нејзиниот праг, опсегот на мерење на електричната величина, грешката на инструментот, вредноста на поделбата, брзината итн.
• Динамички карактеристики, на пример, амплитуда (зависност на амплитудата на излезниот сигнал на уредот од амплитудата на влезот) или фаза (зависност фазно поместувањево зависност од фреквенцијата на сигналот).
• Карактеристики на изведба, како одраз на степенот на усогласеност на уредот со работните барања под одредени услови. Тие вклучуваат својства како што се доверливост на отчитувањата, доверливост (оперативност, издржливост и доверливост на уредот), одржливост, електрична безбедност и ефикасност.

Збирот на карактеристики на опремата е утврден со соодветните регулаторни и технички документи за секој тип на уред.

Користени методи

Електричните количини се мерат со користење различни методи, кој исто така може да се класифицира според следните критериуми:

• Видот на физичките појави врз основа на кои се врши мерењето (електрични или магнетни појави).
• Природата на интеракцијата на мерниот инструмент со објектот. Во зависност од тоа, контактирајте и бесконтактни методимерења на електрични величини.
• Режим на мерење. Во согласност со него, мерењата можат да бидат динамични и статични.
• Развиени се и двата методи за директна проценка, кога саканата вредност е директно одредена од уред (на пример, амперметар) и попрецизни методи (нула, диференцијал, спротивставување, замена), во кои таа се открива со споредба со позната вредност. Како уреди за споредба служат компензаторите и електричните мерни мостови со постојан и постојан напон. наизменична струја.

Електрични мерни инструменти: видови и карактеристики

Мерењето на основните електрични количини бара широк спектар на инструменти. Во зависност од физички принцип, што ја формира основата на нивната работа, сите тие се поделени во следните групи:

• Електромеханичките уреди нужно имаат подвижен дел во нивниот дизајн. На ова голема групамерните инструменти вклучуваат електродинамички, феродинамички, магнетоелектрични, електромагнетни, електростатички, индукциски инструменти. На пример, магнетоелектричниот принцип, кој се користи многу широко, може да се користи како основа за уреди како што се волтметри, амперметри, омметри и галванометри. Мерачите на електрична енергија, мерачите на фреквенција итн. се засноваат на индукцискиот принцип.
• Електронските уреди се одликуваат со присуство на дополнителни единици: конвертори на физички големини, засилувачи, конвертори итн. Како по правило, кај уредите од овој тип измерената количина се претвора во напон, а нивната структурална основа е волтметар. Електронските мерни инструменти се користат како мерачи на фреквенција, капацитет, отпорност, мерачи на индуктивност и осцилоскопи.
• Термоелектричните уреди комбинираат во нивниот дизајн уред за мерење на магнетоелектричен тип и термички конвертор формиран од термоспој и грејач низ кој тече измерената струја. Уредите од овој тип се користат главно за мерење на високофреквентни струи.
• Електрохемиски. Принципот на нивната работа се заснова на процеси кои се случуваат на електродите или во медиумот што се проучува во меѓуелектродниот простор. Инструменти од овој тип се користат за мерење на електричната спроводливост, количината на електрична енергија и некои неелектрични големини.

Од страна на функционални карактеристикиразликуваат следните типовиинструменти за мерење на електрични големини:

• Уредите за покажување (сигнализирање) се уреди кои овозможуваат само директно читање на мерните информации, како што се ватиметри или амперметри.
• Снимање - инструменти кои овозможуваат снимање на читања, на пример, електронски осцилоскопи.

Според видот на сигналот, уредите се поделени на аналогни и дигитални. Ако уредот произведува сигнал кој е континуирана функција на количината што се мери, тој е аналоген, на пример, волтметар, чии отчитувања се дадени со помош на бројчаник со покажувач. Во случај уредот автоматски да генерира сигнал во форма на проток на дискретни вредности, кој се доставува до екранот во нумеричка форма, зборуваме за дигитален мерен инструмент.

Дигиталните инструменти имаат одредени недостатоци во споредба со аналогните: помала сигурност, потреба од извор на енергија, повеќе висока цена. Сепак, тие се одликуваат и со значајни предности што, генерално, ја прават попожелна употребата на дигитални уреди: леснотија на користење, висока точност и имунитет на бучава, можност за универзализација, комбинација со компјутер и далечински пренос на сигнал без губење на точноста. .

Грешки и точност на инструментите

Најважната карактеристика на електричниот уред за мерење - класата на електрични количини, како и секоја друга, не може да се направи без да се земат предвид грешките на техничкиот уред, како и дополнителни фактори(коефициенти) кои влијаат на точноста на мерењето. Дозволени гранични вредности на дадените грешки од овој типуредот се нарекува нормализиран и се изразува во проценти. Тие ја одредуваат класата на точност на одреден уред.

Стандардните класи што се користат за обележување на вагите на мерните уреди се следните: 4.0; 2,5; 1,5; 1,0; 0,5; 0,2; 0,1; 0,05. Во согласност со нив, воспоставена е поделба според намената: уредите кои припаѓаат на класите од 0,05 до 0,2 се примерни, лабораториските уреди имаат класи 0,5 и 1,0 и, конечно, уредите од класите 1,5-4,0 се технички.

При изборот на мерен уред потребно е тој во класа да одговара на проблемот што се решава, додека горната границамерењата треба да бидат што е можно поблиску до нумеричката вредност на саканата количина. Односно, колку поголемо отстапување на иглата на инструментот може да се постигне, толку ќе биде помала релативната грешка на мерењето. Ако се достапни само уреди од ниска класа, треба да го изберете оној што има најмал работен опсег. Користејќи ги овие методи, мерењата на електричните количини може да се извршат сосема точно. Во овој случај, исто така треба да го земете предвид типот на скалата на уредот (униформа или нерамна, како што се скалите на омметарот).

Основни електрични величини и мерни единици

Најчесто, електричните мерења се поврзани со следниов сет на количини:

• Јачина на струјата (или едноставно струја) I. Оваа вредност ја покажува количината на електричен полнеж што поминува низ пресекот на проводникот за 1 секунда. Електричната струја се мери во ампери (А) со помош на амперметри, авометри (тестери, т.н. „цешки“), дигитални мултиметри и мерни трансформатори.
• Количина на електрична енергија (наплата) q. Оваа вредност одредува до кој степен одредено физичко тело може да биде извор на електромагнетно поле. Електричниот полнеж се мери во кулони (C). 1 C (ампер-секунда) = 1 A ∙ 1 s. Мерните инструменти се електрометри или електронски броила за полнење (куломски метри).
• Напон U. Ја изразува потенцијалната разлика (енергија на полнење) што постои помеѓу две различни точки електрично поле. За оваа електрична величина, мерна единица е волт (V). Ако, за да се премести полнење од 1 кулон од една точка во друга, полето работи 1 џул (односно, се троши соодветната енергија), тогаш потенцијалната разлика - напон - помеѓу овие точки е 1 волт: 1 V = 1 J/1 Cl. Електричниот напон се мери со помош на волтметри, дигитални или аналогни (тестери) мултиметри.
• Отпорност R. Ја карактеризира способноста на проводникот да спречи електрична струја да минува низ него. Единицата за отпор е Ом. 1 Ohm е отпорност на проводник кој има напон на краевите од 1 волт до струја од 1 ампер: 1 Ohm = 1 V/1 A. Отпорот е директно пропорционален на пресекот и должината на проводникот. За да се измери, се користат омметри, авометри и мултиметри.
• Електрична спроводливост (спроводливост) G е реципроцитет на отпорот. Измерено во сименс (Sm): 1 Sm = 1 Ohm -1.
• Капацитетот C е мерка за способноста на проводникот да складира полнење, исто така една од основните електрични величини. Неговата мерна единица е фарад (F). За кондензатор, оваа вредност се дефинира како меѓусебна капацитивност на плочите и е еднаква на односот на акумулираното полнење со потенцијалната разлика низ плочите. Капацитетот на рамен кондензатор се зголемува со зголемување на површината на плочите и намалување на растојанието меѓу нив. Ако, со полнење од 1 кулом, на плочите се создаде напон од 1 волт, тогаш капацитетот на таков кондензатор ќе биде еднаков на 1 фарад: 1 F = 1 C/1 V. Мерењето се врши со користење специјални уреди- мерачи на капацитет или дигитални мултиметри.
• Моќноста P е величина што ја одразува брзината со која се пренесува (конвертира) електричната енергија. Како системска единицамоќноста се зема како вати (W; 1 W = 1 J/s). Оваа вредност може да се изрази и преку производот на напонот и струјата: 1 W = 1 V ∙ 1 A. За кола со наизменична струја се разликува активна (потрошена) моќност P a, реактивна моќност P ra (не учествува во работата на струја) и вкупна моќност P При мерењето се користат следните единици: вати, var (се означува „волт-ампер реактивен“) и, соодветно, волт-ампер VA. Нивните димензии се исти и служат за разлика помеѓу посочените количини. Инструменти за мерење на моќност - аналогни или дигитални ватиметри. Индиректни мерења(на пример, користење на амперметар) не се секогаш применливи. За да се одреди толку важна количина како факторот на моќност (изразен преку аголот на фазно поместување), се користат инструменти наречени фазни метри.
• Фреквенција f. Ова е карактеристика на наизменична струја, покажувајќи го бројот на циклуси на промена во нејзината големина и насока (во општ случај) за период од 1 секунда. Единицата за фреквенција е реципрочната секунда, или херци (Hz): 1 Hz = 1 s -1. Оваа количина се мери со користење на широка класа на инструменти наречени фреквентни метри.

Магнетни количини

Магнетизмот е тесно поврзан со електричната енергија, бидејќи и двете се манифестации на еден основен физички процес - електромагнетизам. Затоа, еднакво тесна врска е карактеристична за методите и средствата за мерење на електрични и магнетни големини. Но, постојат и нијанси. Како по правило, при одредување на второто, практично се врши електрично мерење. Магнетната величина се добива индиректно од функционалната врска што ја поврзува со електричната.

Референтните величини во оваа мерна област се магнетна индукција, јачина на поле и магнетен тек. Тие можат да се претворат со помош на мерниот калем на уредот во EMF, кој се мери, по што се пресметуваат потребните вредности.

• Магнетниот флукс се мери со помош на инструменти како што се веберметри (фотоволтаични, магнетоелектрични, аналогни електронски и дигитални) и високо чувствителни балистички галванометри.
• Индукцијата и јачината на магнетното поле се мерат со помош на тесламетри опремени со различни типови на трансдуктори.

Мерењето на електричните и магнетните величини, кои се во директна врска, ни овозможува да решиме многу научни и технички проблемина пример истражување атомско јадрои магнетно поле на Сонцето, Земјата и планетите, проучување на магнетните својства разни материјали, контрола на квалитетот и други.

Неелектрични количини

Погодност електрични методиовозможува нивно успешно проширување на мерења на сите видови физички количества од неелектрична природа, како што се температура, димензии (линеарни и аголни), деформации и многу други, како и проучување хемиски процесии составот на супстанциите.

Инструментите за електрично мерење на неелектрични големини обично се комплекс од сензор - конвертор во некој параметар на колото (напон, отпор) и електричен мерен уред. Постојат многу видови на трансдуктори, благодарение на кои можете најмногу да мерите различни големини. Еве само неколку примери:

• Сензори за реостат. Во таквите конвертори, кога се изложени на измерената вредност (на пример, кога се менува нивото на течноста или нејзиниот волумен), лизгачот на реостатот се движи, а со тоа се менува отпорот.
• Термистори. Отпорот на сензорот кај уредите од овој тип се менува под влијание на температурата. Се користи за мерење на брзината проток на гас, температура, за да се одреди составот гасни мешавини.
• Отпорите на напрегање овозможуваат мерење на деформацијата на жицата.
• Фотосензори кои ги претвораат промените во осветлувањето, температурата или движењето во фотоструја која потоа се мери.
• Капацитивни конвертори кои се користат како сензори за хемискиот состав на воздухот, движењето, влажноста, притисокот.
• работат на принципот на појава на ЕМП кај некои кристални материјали кога механички ударНа нив.
• Индукциските сензори се засноваат на конвертирање на количини како што се брзина или забрзување во индуциран EMF.

Развој на електрични мерни инструменти и методи

Широката разновидност на средства за мерење на електрични количини се должи на разновидноста разни појави, во која овие параметри играат значајна улога. Електричните процеси и феномени имаат исклучително широк опсег на употреба во сите индустрии - невозможно е да се одреди област на човечка активност каде што нема да најдат примена. Ова го одредува постојано проширувањето на опсегот на проблеми на електричните мерења на физичките величини. Разновидноста и усовршувањето на средствата и методите за решавање на овие проблеми постојано расте. Особено брзо и успешно се развива областа на мерната технологија, како што е мерењето на неелектрични количини со помош на електрични методи.

Современата електрично мерна технологија се развива во насока на зголемување на точноста, имунитетот и брзината на бучавата, како и зголемување на автоматизацијата на мерниот процес и обработката на неговите резултати. Мерните инструменти преминаа од наједноставните електромеханички уреди до електронски и дигитални уреди, а потоа до најновите мерни и пресметковни системи кои користат микропроцесорска технологија. Во исто време, зголемената улога на софтверската компонента на мерните уреди е очигледно главниот развојен тренд.

НА ТЕМА:

„ЕЛЕКТРИЧНИ МЕРЕЊА“

Вовед

Развојот на науката и технологијата отсекогаш бил тесно поврзан со напредокот во областа на мерењата. Големо значењемерењата за науката се нагласени од некои научници.

Г. Галилео: „Измерете сè што е достапно за мерење и направете достапно сè што е недостапно за него“.

ДИ. Менделеев: „Науката започнува веднаш штом ќе почнат да мерат, точната науканезамисливо без мерка“.

Келвин: „Сè е познато само до степен до кој може да се измери“.

Мерењата се еден од главните начини за разбирање на природата, нејзините појави и закони. На секое ново откритие во областа на природните и техничките наукина кои им претходат голем број различни мерења. (Г. Ом - Омовиот закон; П. Лебедев - лесен притисок).

Мерењата играат важна улога во создавањето нови машини, структури и подобрување на квалитетот на производот. На пример, за време на тест на клупата на најголемиот турбогенератор во светот од 1200 MW, создаден во Ленинградското здружение Електросила, беа направени мерења на 1500 различни точки.

Посебно важна улогаелектричните мерења и на електрични и на неелектрични големини играат улога.

Првиот електричен мерен инструмент во светот „покажувач електрична сила„Создаден е во 1745 година од академик Г.В. Рохман, колега на М.В. Ломоносов.

Тоа беше електрометар - уред за мерење на потенцијалните разлики. Сепак, само од втората половина на 19 век, во врска со создавањето генератори на електрична енергија, прашањето за развој на различни електрични мерни инструменти стана акутно.

Втора половина на 19 век, почеток на 20 век - руски електроинженер М.О. Доливо-волонтер разви амперметар и волтметар, електромагнетен систем; индукциски мерен механизам; основите на феродинамичките уреди.

Во исто време - рускиот физичар А.Г. Столетов - закон за промена на магнетната пропустливост, негово мерење.

Во исто време - академик Б.С. Јакоби - инструменти за мерење на отпорност на електрично коло.

Во исто време - Д.И. Менделеев - точна теорија на скали, воведување на метрички систем на мерки во Русија, организација на оддел за тестирање на електрични мерни инструменти.

1927 - Ленинград ја изгради првата домашна фабрика за производство на инструменти "Електроприбор" (сега - производство на вибратори на метри).

30 години - беа изградени фабрики за производство на инструменти во Харков, Ленинград, Москва, Киев и други градови.

Од 1948 до 1967 година, обемот на производи за производство на инструменти се зголеми за 200 пати.

Во следните петгодишни планови, развојот на инженерството на инструменти се одвива со непроменливо побрзо темпо.

Главни достигнувања:

– Аналогни уреди за директна проценка на подобрените својства;

– Уреди за контрола на аналогни сигнали со тесен профил;

– Прецизни полуавтоматски кондензатори, мостови, разделувачи на напон, други инсталации;

– Дигитални мерни инструменти;

– Примена на микропроцесори;

– Мерен компјутер.

Современото производство е незамисливо без модерни средствамерења. Технологијата за мерење на електрична енергија постојано се подобрува.

Во изработката на инструменти, широко се користат достигнувањата на радио електрониката, компјутерската технологија и другите достигнувања на науката и технологијата. Сè почесто се користат микропроцесори и микрокомпјутери.

Проучувањето на курсот „Електрични мерења“ ја поставува целта:

– Проучување на структурата и принципот на работа на електричните мерни инструменти;

– Класификација на мерните инструменти, запознавање со симболите на вагата на инструменти;

– Основни мерни техники, избор на одредени мерни инструменти во зависност од количината што се мери и барањата за мерење;

– Запознавање со главните насоки на современото изработка на инструменти.

1 . Основни концепти, методи на мерење и грешки

Со мерењесе нарекува пронаоѓање на вредностите на физичката количина експериментално со помош на специјални технички средства.

Мерењата мора да се направат во општо прифатени единици.

Електрични мерни инструментисе нарекуваат технички средства, се користи во електрични мерења.

Се разликуваат следниве видови електрични мерни инструменти:

– Електрични мерни инструменти;

– Мерни трансдуктори;

– Електрични мерни инсталации;

– Мерење Информациски системи.

Мерка е мерен инструмент дизајниран да репродуцира физичка количина со дадена големина.

Електричен мерен инструмент е електричен мерен инструмент дизајниран да генерира мерни информациски сигнали во форма достапна за директна перцепција од набљудувачот.

Мерен трансдуктор е електричен мерен инструмент дизајниран да генерира мерни информациски сигнали во форма погодна за пренос, понатамошна конверзија, складирање, но не подложна на директна перцепција.

Електрична мерна инсталација се состои од голем број мерни инструменти и помошни уреди. Со негова помош, можете да направите попрецизни и сложени мерења, верификација и калибрација на инструментите итн.

Мерни информациски системи претставуваат збир на мерни инструменти и помошни уреди. Дизајниран за автоматско примање мерни информации од голем број извори, за нивно пренесување и обработка.

Класификација на мерења :

А). Во зависност од начинот на добивање на резултатот, директни и индиректни :

Директносе нарекуваат мерења, чиј резултат се добива директно од експериментални податоци (мерење на струја со амперметар).

Индиректносе нарекуваат мерења во кои саканата количина не се мери директно, туку се наоѓа како резултат на пресметка со помош на познати формули. На пример: P=U·I, каде што U и I се мерат со инструменти.

б). Во зависност од множеството техники за користење на принципи и мерни инструментисите методи се поделени на методи директни методи за оценување и споредба .

Директен метод на оценување– измерената вредност се одредува директно од уредот за читање на мерниот уред директно дејство(мерење на струја со амперметар). Овој метод е едноставен, но има мала точност.

Метод на споредба– измерената количина се споредува со позната (на пример: мерење отпор со споредување со мерка на отпор - стандардна отпорна калем). Методот на споредба е поделен на нула, диференцијал и замена .

Нула– измерената и познатата количина истовремено влијаат на уредот за споредба, доведувајќи ги неговите отчитувања на нула (на пример: мерење на електричен отпор со избалансиран мост).

Диференцијал– уред за споредба ја мери разликата помеѓу измерената и познатата количина.

Метод на замена– измерената количина се заменува во мерната инсталација со позната количина.

Овој метод е најточен.

Грешки во мерењето

Резултатите од мерењето на физичката големина даваат само приближна вредност поради повеќе причини. Отстапувањето на резултатот од мерењето од вистинската вредност на измерената големина се нарекува мерна грешка.

Разликувајте апсолутна и релативнагрешка.

Апсолутна грешкамерењето е еднакво на разликата помеѓу резултатот од мерењето Ai и вистинската вредност на измерената количина А:

Исправка: dA=A–Ai

Така, Вистинската вредност на количината е еднаква на: A=Au+dA.

Можете да дознаете за грешката со споредување на читањата на уредот со читањата на референтниот уред.

Релативна грешкамерење g A е односот на апсолутната мерна грешка со вистинската вредност на измерената вредност, изразена во%:

%

Пример: Уредот покажува U=9,7 V. Вистинската вредност на U=10 V се одредува со DU и U:

DU=9,7–10=–0,3 V g U =

%=3%.

Грешките во мерењето имаат систематски и случајникомпоненти. Првоостануваат константни со повторени мерења, тие се одредуваат, а неговото влијание врз резултатот од мерењето се елиминира со воведување на корекција . Второсе менуваат по случаен избор, и тие не можат да се идентификуваат или елиминираат .

Во практиката на електрични мерења, концептот најчесто се користи дадена грешка g p:

Ова е односот на апсолутната грешка со номиналната вредност на измерената вредност или до последната цифра на скалата на инструментот:

%

Пример: DU=0,3 V. Волтметарот е дизајниран за 100 V. g p =?

g p =0,3/100·100%=0,3%

Грешките во мерењата може да се должат на :

А). Неправилна инсталација на уредот (хоризонтално наместо вертикално);

б). Неправилно сметководство на околината (надворешна влажност, tє).

V). Влијание на надворешни електромагнетни полиња.

G). Неточни читања итн.

Во производството на електрични мерни инструменти, се користат одредени технички средства за да се обезбеди едно или друго ниво на точност.

Грешката поради квалитетот на производството на уредот се нарекува - главна грешка .

Во согласност со квалитетот на изработка, сите уреди се поделени на класи на точност : 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0.

Класата на точност е означена на вагата на мерните инструменти. Ја означува главната максимално дозволена намалена грешка на уредот:

%.

Врз основа на класата на точност при проверка на уредот, се утврдува дали е погоден за понатамошна употреба, т.е. Дали одговара на неговата класа на точност?

ПРЕДАВАЊЕ Бр. 1

Предмет:ЕЛЕКТРИЧНИ ИНСТРУМЕНТИ И МЕРЕЊА НА ЕЛЕКТРИЧНИ КОЛИЧИНИ

1. Генерални информацииза електро мерни инструменти

Електричните мерни инструменти се дизајнирани да мерат различни количини и параметри на електричното коло: напон, струја, моќност, фреквенција, отпор, индуктивност, капацитивност и други.

На дијаграмите, електричните мерни инструменти се прикажани со конвенционални графички симболи во согласност со ГОСТ 2.729-68. Слика 1.1 ги прикажува општите ознаки на уредите за покажување и снимање.

Ориз. 1.1 Симболи на електрични мерни инструменти.

За да се означи целта на електричниот мерен уред, во неговата општа ознака се внесуваат специфичен симбол утврден во стандардите или ознака на букви на мерните единици на уредот според ГОСТ во согласност со Табела 1.1.

Табела 1.1

Име единици	Симбол	Име единици	Симбол
		Милиамп
		микрозасилувач
		Миливолт
		Киловат
Фактор на моќност

2. Електромеханички мерни инструменти

Според принципот на работа, електромеханичките уреди се поделени на уреди на магнетоелектрични, електромагнетни, феродинамички, индукциски, електростатички системи. Симболите на системите се дадени во табелата. 1.2. Најраспространетите уреди се првите три типа: магнетоелектрични, електромагнетни, електродинамички.

Табела 1.2

Тип на уред	Симбол	Вид на измерена струја	Предности	Недостатоци
електрични		Постојана	Висока точност, униформност на скалата	Неотпорен на преоптоварувања
магнетни		Променлива постојана	Едноставност на уредот, отпорен на преоптоварувања	Ниска точност, чувствителна на пречки
динамичен		Променлива постојана	Висока точност	Ниска чувствителност, чувствителни на пречки
Индукција		Променлива	Висока сигурност, отпорен на преоптоварување	Ниска точност

3. Области на примена на електромеханички уреди

Магнетоелектрични уреди: панелни и лабораториски амперметри и волтметри; нула индикатори при мерење во кола за мост и компензација.

ВО индустриски инсталацииниска фреквентна наизменична струја, повеќето амперметри и волтметри се уреди на електромагнетниот систем. Лабораториски инструменти од класа 0,5 и попрецизно може да се произведуваат за мерење на директни и наизменични струи и напон.

Електродинамичките механизми се користат во лабораториски и моделски инструменти за мерење на директни и наизменични струи, напони и моќности.

Индукциските уреди засновани на индукциски механизми се користат главно како еднофазни и трифазни мерачи на наизменична струја. Според точноста, броилата се поделени во класи 1.0; 2.0; 2.5. Мерачот на CO (еднофазен метар) се користи за да се пресмета активната енергија (ват-часови) во еднофазните кола. За мерење на активната енергија во трифазни кола, се користат индуктивни метри со два елементи, чиј механизам за броење ги зема предвид киловат-часовите. За да се земе предвид реактивната енергија, се користат специјални индуктивни броила, кои имаат одредени промени во дизајнот на намотките или во преклопното коло.

Во сите претпријатија се инсталирани активни и реактивни броила за да им платат на организациите за снабдување со енергија за искористената електрична енергија.

Принцип на избор на мерни инструменти

1. Со пресметување на колото, утврдете ги максималните вредности на струјата, напонот и моќноста во колото. Честопати, вредностите на измерените количини се однапред познати, на пример, напонот на мрежата или напонот на батеријата.

2. Во зависност од видот на количината што се мери, директна или наизменична струја, се избира системот на уредот. За технички мерења на директна и наизменична струја, се избираат соодветно магнетоелектрични и електромагнетни системи. Во лабораториски и прецизни мерења, магнетоелектричен систем се користи за одредување на директни струи и напони, а електродинамички систем за наизменична струја и напон.

3. Изберете ја границата за мерење на уредот така што
измерената вредност беше во последниот, трет дел од скалата
уред.

4. Во зависност од потребната точност на мерењето, изберете класа
точноста на уредот.

4. Методи за поврзување уреди со коло

Амперметрите се поврзани во серија со оптоварувањето, волтметрите се поврзани паралелно, ватиметрите и броилата, бидејќи имаат две намотки (струја и напон), се поврзани во серија - паралелно (сл. 1.2.).

https://pandia.ru/text/78/613/images/image013_9.gif" width="296" height="325">

https://pandia.ru/text/78/613/images/image016_8.gif" width="393" height="313 src=">

Ориз. 1.3. Методи за проширување на мерните граници на инструментите.

Цената за поделба на повеќегранични амперметри, волтметри и ватиметри се одредува со формулата:

P" во најзначајната цифра) и променете го поларитетот на влезниот сигнал кога ќе трепка знакот "-" во најзначајната цифра.

Грешка во мерењето на мултиметарот VR-11 A.

Константен напон: ±(0,5% Ux +4 цифри).

AC напон: ±(0,5% Ux + 10 цифри),

каде што Ux е читање на инструментот;

zn. - единица од најнизок ранг.

Предности на електронските уреди: висока влезна импеданса, која овозможува мерења без да влијае на колото; широк опсег на мерење, висока чувствителност, широк опсег на фреквенција, висока точност на мерење.

6. Грешки на мерењата и мерните инструменти

Квалитетот на мерните алатки и резултатите обично се карактеризира со укажување на нивните грешки. Во литературата за мерења се дадени околу 30 видови на грешки. Треба да се има предвид дека грешките на мерните инструменти и грешките на резултатите од мерењето не се идентични концепти. Историски гледано, некои од имињата на видовите грешки биле доделени на грешките на мерните инструменти, други на грешките на резултатите од мерењето, а некои се применуваат и на двете.

Методите за прикажување на грешката се следните.

Во зависност од проблемите што се решаваат, најчесто се користат неколку методи за претставување на грешката апсолутна, релативна и намалена;

Апсолутна грешка – мерено во исти единици како и количината што се мери. Ја карактеризира големината на можното отстапување на вистинската вредност на измерената вредност од измерената вредност.

Релативна грешка– односот на апсолутната грешка со вредноста на количината. Ако сакаме да ја одредиме грешката во текот на целиот интервал на мерење, мора да ја најдеме максималната вредност на односот во текот на интервалот. Мерено во бездимензионални единици.

Класа на точност– релативна грешка, изразена во проценти. Вообичаено, вредностите на класата на точност се избираат од следниот опсег: 0,1; 0,5:1,0; 1,5; 2.0; 2.5, итн.

Концептите на апсолутни и релативни грешки се применуваат и за мерењата и за мерните инструменти, а дадената грешка ја оценува само точноста на мерните инструменти.

Апсолутна мерна грешка е разликата помеѓу измерената вредност на x и нејзината вистинска вредност chi:

Обично вистинската вредност на измерената количина е непозната, а наместо неа во (1.1) се заменува вредноста на количината измерена со попрецизен уред, односно оној што има помала грешка од уредот што ја дава вредноста x. . Апсолутната грешка се изразува во единици на измерената вредност. Формулата (1.1) се користи при проверка на мерните инструменти.

Релативна грешка https://pandia.ru/text/78/613/images/image020_7.gif" width="99" height="45"> (1.2)

Врз основа на релативната мерна грешка, се проценува точноста на мерењето.

Намалената грешка на мерниот уред е дефинирана како однос на апсолутната грешка со стандардната вредност xn и се изразува како процент:

(1.3)

Нормализирачката вредност обично се зема еднаква на горната граница на работниот дел од скалата, во која нултата ознака е на работ на скалата.

Дадената грешка ја одредува точноста на мерниот уред, не зависи од измерената вредност и има една вредност за даден уред. Од (1..gif" width="15" height="19 src="> колку е поголема, толку е помала измерената вредност x во однос на мерната граница на уредот xN.

Многу мерни инструменти се разликуваат во класите на точност. Класата на точност на инструментот G е генерализирана карактеристика што ја карактеризира точноста на инструментот, но не е директна карактеристика на точноста на мерењето извршено со користење на овој инструмент.

Класата на точност на уредот е нумерички еднаква на најголемата дозволена намалена основна грешка, пресметана како процент. За амперметри и волтметри се воспоставени следните класи на точност: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4.0; 5.0. Овие бројки се нацртани на скалата на инструментот. На пример, класа 1 ги карактеризира гарантираните граници на грешка како процент (± 1%, на пример, од конечната вредност од 100 V, т.е. ± 1 V) во нормални условиоперација.

Од страна на меѓународна класификацијауредите со класа на точност од 0,5 и попрецизно се сметаат за точни или примерни, а уредите со класа на точност од 1,0 и погруб се сметаат за работни. Сите уреди се предмет на периодична верификација за усогласеност со метролошките карактеристики, вклучувајќи ја класата на точност, нивната вредностите на пасошот. Во овој случај, референтниот уред мора да биде попрецизен од оној што се проверува преку класата, имено: верификацијата на уред со класа на точност од 4,0 се врши од уред со класа на точност од 1,5 и верификација на уред со класа на точност од 1,0 се врши со уред со класа на точност од 0,2.

Бидејќи скалата на инструментот ги покажува и класата на точност на инструментот G и мерната граница XN, тогаш апсолутна грешкауредот се одредува според формулата (1.3):

https://pandia.ru/text/78/613/images/image019_7.gif" width="15 height=19" height="19"> СоКласата на точност на уредот G се изразува со формулата:

од каде произлегува дека релативната мерна грешка е еднаква на класата на точност на уредот само при мерење на ограничувачката вредност на скалата, т.е. кога x = XN. Како што се намалува измерената вредност, релативната грешка се зголемува. Колку пати е XN > x, колку пати > G. Затоа, се препорачува да се изберат мерните граници на уредот за покажување за да се земат отчитувањата во последната третина од скалата, поблиску до нејзиниот крај.

7. Презентирање на резултатите од мерењето за единечни мерења

Резултатот од мерењето се состои од проценка на измерената вредност и мерната грешка, што ја карактеризира точноста на мерењето. Според ГОСТ 8.011-72, резултатот од мерењето е претставен во форма:

каде А е резултатот од мерењето;

Апсолутна грешка на уредот;

P - веројатност, при статистичка обработка на податоци.

Во овој случај, А и https://pandia.ru/text/78/613/images/image023_5.gif" width="15" height="17"> не треба да имаат повеќе од две значајни бројки.

Содржината на статијата

ЕЛЕКТРИЧНИ МЕРЕЊА,мерење на електрични големини како напон, отпор, струја, моќност. Мерењата се вршат со користење на различни средства - мерни инструменти, кола и специјални уреди. Типот на мерниот уред зависи од видот и големината (опсегот на вредности) на измерената вредност, како и од потребната точност на мерењето. Основните SI единици кои се користат во електричните мерења се волт (V), ом (Ω), фарад (F), хенри (H), ампер (А) и секунда (s).

СТАНДАРДИ НА ЕДИНИЦИ НА ЕЛЕКТРИЧНИ КОЛИЧИНИ

Електричното мерење наоѓа ( експериментални методи) вредноста на физичката големина изразена во соодветни единици (на пример, 3 A, 4 V). Вредностите на единиците на електричните големини се одредуваат со меѓународен договор во согласност со законите на физиката и единиците на механички количини. Бидејќи „одржувањето“ на единиците на електрични количини утврдени со меѓународни договори е полн со тешкотии, тие се претставени како „практични“ стандарди на единиците на електричните количини. Ваквите стандарди се поддржани од државните метролошки лаборатории различни земји. На пример, во Соединетите Американски Држави, Националниот институт за стандарди и технологија ја сноси законската одговорност за одржување на стандардите за единиците на електричните големини. Од време на време, се вршат експерименти за да се разјасни кореспонденцијата помеѓу вредностите на стандардите на единиците на електричните количини и дефинициите на овие единици. Во 1990 година, државните метролошки лаборатории индустриски развиени земјипотпишаа договор за усогласување на сите практични стандарди на единиците на електричните големини меѓу себе и со меѓународните дефиниции за единиците на овие количини.

Електричните мерења се вршат во согласност со државните стандарди на единиците за напон и сила еднонасочна струја, DC отпор, индуктивност и капацитивност. Таквите стандарди се уреди кои имаат стабилна електрични карактеристики, или инсталации во кои, врз основа на некои физички феноменелектричната количина пресметана од познати вредностифундаментални физички константи. Стандардите за вати и ват-час не се поддржани, бидејќи посоодветно е да се пресметаат вредностите на овие единици користејќи дефинирачки равенки што ги поврзуваат со единици на други количини.

МЕРНИ ИНСТРУМЕНТИ

Електричните мерни инструменти најчесто мерат моментални вредности или на електрични количини или на неелектрични големини претворени во електрични. Сите уреди се поделени на аналогни и дигитални. Првите обично ја покажуваат вредноста на измерената количина со помош на стрелка што се движи по скала со поделби. Последните се опремени со дигитален дисплеј кој ја покажува измерената вредност во форма на број. Дигиталните броила се претпочитаат за повеќето мерења бидејќи се попрецизни, полесни за отчитување и генерално поразновидни. Дигитални мултиметри („мултиметри“) и дигитални волтметри се користат за мерење на отпорот на еднонасочна струја, како и AC напон и струја, со средна до висока точност. Аналогните инструменти постепено се заменуваат со дигитални, иако сè уште се користат каде што е важна ниската цена и не е потребна висока точност. За најточни мерења на отпорот и импедансата, постојат мерни мостови и други специјализирани броила. За снимање на напредокот на промените на измерената вредност со текот на времето, се користат инструменти за снимање - ленти рекордери и електронски осцилоскопи, аналогни и дигитални.

ДИГИТАЛНИ ИНСТРУМЕНТИ

Сите дигитални броила (освен наједноставните) користат засилувачи и други електронски компоненти за да го претворат влезниот сигнал во напонски сигнал, кој потоа се претвора во дигитална форма со помош на аналогно-дигитален конвертор (ADC). Број што ја изразува измерената вредност се прикажува на светлосна диода (LED), вакуум флуоресцентен или индикатор за течни кристали (LCD) (екран). Уредот обично работи под контрола на вграден микропроцесор, а кај едноставни уреди микропроцесорот се комбинира со ADC на едно интегрирано коло. Дигиталните уреди се добро прилагодени за работа кога се поврзани со надворешен компјутер. Во некои видови мерења, таков компјутер ги префрла мерните функции на уредот и дава команди за пренос на податоци за нивна обработка.

Аналогно-дигитални конвертори.

Постојат три главни типа на ADC: интегрирање, последователно приближување и паралелно. Интегрирачкиот ADC го просекува влезниот сигнал со текот на времето. Од трите наведени типови, ова е најточно, иако најспоро. Времето на конверзија на интегрираниот ADC се движи од 0,001 до 50 секунди или повеќе, грешката е 0,1-0,0003%. Грешката на последователната апроксимација ADC е малку поголема (0,4–0,002%), но времето на конверзија е од ~10 µs до ~1 ms. Паралелните ADC се најбрзи, но и најмалку точни: нивното време на конверзија е околу 0,25 ns, грешката е од 0,4 до 2%.

Методи на дискретизација.

Сигналот се зема во времето со брзо мерење во поединечни моменти во времето и задржување (зачувување) на измерените вредности додека тие се претвораат во дигитална форма. Редоследот на добиените дискретни вредности може да се прикаже на екранот во форма на бранова форма; со квадратирање на овие вредности и собирање, можете да ја пресметате коренската средна квадратна вредност на сигналот; тие исто така може да се користат за пресметување на времето на пораст, максимална вредност, временски просек, спектар на фреквенции итн. Земањето примероци на време може да се направи или во текот на еден сигнален период („во реално време“), или (со секвенцијално или случајно земање примероци) во повеќе периоди на повторување.

Дигитални волтметри и мултиметри.

Дигиталните волтметри и мултиметри мерат квази-статичка вредност на количината и ја покажуваат во дигитална форма. Волтметрите директно го мерат само напонот, обично DC, додека мултиметрите можат да мерат DC и AC напон, струја, DC отпор, а понекогаш и температура. Овие се најчестите инструменти општа наменасо мерна грешка од 0,2 до 0,001% може да има 3,5 или 4,5-цифрен дигитален дисплеј. Знакот „полуцел број“ (цифра) е условен показател дека екранот може да прикаже броеви надвор од номиналниот број на знаци. На пример, 3,5-цифрен (3,5-цифрен) екран во опсег од 1-2V може да прикаже напон до 1,999V.

Мерачи на импеданса.

Станува збор за специјализирани инструменти кои го мерат и прикажуваат капацитетот на кондензаторот, отпорот на отпорот, индуктивноста на индукторот или вкупниот отпор (импеданса) на поврзувањето на кондензатор или индуктор со отпорник. Инструментите од овој тип се достапни за мерење на капацитетот од 0,00001 pF до 99,999 µF, отпорност од 0,00001 оми до 99,999 kohms и индуктивност од 0,0001 mH до 99,999 H. Мерењата може да се направат од 1 фреквенција до 50 Hz. не го покрива целиот фреквентен опсег. На фреквенции блиску до 1 kHz, грешката може да биде ниска до 0,02%, но точноста се намалува во близина на границите на опсегот на фреквенции и измерените вредности. Повеќето инструменти можат да прикажуваат и изведени вредности, како што е факторот на квалитет на калем или факторот на загуба на кондензаторот, пресметан од главните измерени вредности.

АНАЛОГНИ УРЕДИ

За мерење на напон, струја и отпор при еднонасочна струја, аналогни магнетоелектрични уреди со постојан магнети повеќекратен подвижен дел. Таквите уреди од типот на покажувач се карактеризираат со грешка од 0,5 до 5%. Тие се едноставни и евтини (на пример, автомобилски инструменти кои укажуваат на струја и температура), но не се користат таму каде што е потребна значителна точност.

Магнетоелектрични уреди.

Таквите уреди ја користат силата на интеракција помеѓу магнетното поле и струјата во свиоците на намотувањето на подвижниот дел, што има тенденција да го сврти вториот. Моментот на оваа сила е избалансиран со моментот создаден од спротивната пружина, така што секоја сегашна вредност одговара на одредена положба на стрелката на скалата. Подвижниот дел има форма на жичана рамка со повеќе вртења со димензии од 3-5 до 25-35 mm и е направен што е можно полесен. Подвижниот дел, монтиран на камени лежишта или суспендиран на метална лента, е поставен помеѓу половите на силен постојан магнет. Два спирални пружини кои го балансираат вртежниот момент служат и како спроводници за намотување на подвижниот дел.

Магнетоелектричниот уред реагира на струјата што минува низ ликвидацијата на неговиот подвижен дел и затоа е амперметар или, поточно, милиамметар (бидејќи горната граница на опсегот на мерење не надминува приближно 50 mA). Може да се прилагоди за мерење поголеми струи со поврзување на шант отпорник со низок отпор паралелно со намотувањето на подвижниот дел, така што само мал дел од вкупната струја што се мери се разгранува во намотката на подвижниот дел. Таков уред е погоден за струи измерени во многу илјадници ампери. Ако поврзете дополнителен отпорник во серија со ликвидацијата, уредот ќе се претвори во волтметар. Падот на напонот на таква сериска врска е еднаков на производот на отпорот на отпорникот и струјата што ја покажува уредот, така што неговата скала може да се калибрира во волти. За да направите омметар од магнетоелектричен милиамметар, треба да поврзете сериски измерени отпорници на него и да нанесете сериска врскапостојан напон, на пример од батерија. Струјата во такво коло нема да биде пропорционална на отпорот, и затоа е потребна посебна скала за да се поправи нелинеарноста. Тогаш ќе биде можно директно да се прочита отпорот на скалата, иако не со многу висока точност.

Галванометри.

Магнетоелектричните уреди вклучуваат и галванометри - високо чувствителни уреди за мерење на екстремно мали струи. Галванометрите немаат лежишта; Огледалото се ротира заедно со подвижниот дел, а аголот на неговото вртење се проценува со поместувањето на светлосната точка што ја фрла на скала инсталирана на растојание од околу 1 m Најчувствителните галванометри се способни да дадат отстапување на скалата до 1 mm со промена на струјата од само 0,00001 μA.

УРЕДИ ЗА СНИМАЊЕ

Инструментите за снимање ја снимаат „историјата“ на промените во вредноста на измерената количина. Најчестите типови на такви инструменти вклучуваат снимачи на ленти, кои снимаат крива на промена на вредноста со пенкало на лента за хартија, аналогни електронски осцилоскопи, кои ја прикажуваат кривата на процесот на екранот на катодна цевка и дигитални осцилоскопи , кои складираат единечни или ретко повторливи сигнали. Главната разлика помеѓу овие уреди е брзината на снимање. Снимачите на ленти, со нивните механички делови што се движат, се најпогодни за снимање сигнали кои се менуваат во текот на секунди, минути или уште побавно. Електронските осцилоскопи се способни да снимаат сигнали кои се менуваат со текот на времето од милионити делови од секундата до неколку секунди.

МЕРНИ МОСТОВИ

Мерниот мост обично е електрично коло со четири краци составено од отпорници, кондензатори и индуктори, дизајнирани да го одредат односот на параметрите на овие компоненти. Изворот на енергија е поврзан со еден пар спротивни полови на колото, а нула детектор е поврзан со другиот. Мерните мостови се користат само во случаи кога е потребна најголема точност на мерењето. (За мерења со средна точност, подобро е да се користат дигитални инструменти бидејќи се полесни за ракување.) Најдобрите мерни мостови со AC трансформатор имаат грешка (мерење на односот) од редот на 0,0000001%. Наједноставниот мост за мерење отпор е именуван по неговиот пронаоѓач Чарлс Витстон.

Двоен DC мерен мост.

Тешко е да се поврзат бакарни жици со отпорник без да се воведе контакт отпор од редот од 0,0001 оми или повеќе. Во случај на отпор од 1 Ом, таквото струјно олово воведува грешка од редот од само 0,01%, но за отпор од 0,001 Ом грешката ќе биде 10%. Двоен мерен мост (Томсон мост), чиј дијаграм е прикажан на сл. 2, е дизајниран да ја мери отпорноста на референтните отпорници со мала вредност. Отпорот на таквите четириполни референтни отпорници е дефиниран како однос на напонот на нивните потенцијални терминали ( Р 1 , Р 2 отпорници Р сИ Р 3 , стр 4 отпорници Rxво Сл. 2) на струја низ нивните тековни терминали ( Со 1 , Со 2 и Со 3 , Со 4). Со оваа техника, отпорот на поврзувачките жици не внесува грешки во резултатот од мерењето на саканиот отпор. Две дополнителни краци мИ nелиминирајте го влијанието на поврзувачката жица 1 помеѓу терминалите Со 2 и Со 3. Отпор мИ nовие раменици се избрани така што еднаквоста е задоволена М/м= Н/n. Потоа, менување на отпорот Р с, намалете ја нерамнотежата на нула и најдете

Rx = Р с(Н/М).

AC мерни мостови.

Најчестите мерни мостови со наизменична струја се дизајнирани да мерат на линиска фреквенција 50–60 Hz или на аудио фреквенции (обично околу 1000 Hz); специјализирани мерни мостови работат на фреквенции до 100 MHz. Како по правило, кај мерните мостови со наизменична струја, наместо два краци кои прецизно го поставуваат односот на напонот, се користи трансформатор. Исклучок од ова правило е мерниот мост Максвел-Виен.

Мерен мост Максвел-Виен.

Таквиот мерен мост овозможува да се споредат стандардите за индуктивност ( Л) со стандарди за капацитивност на непозната работна фреквенција. Стандардите за капацитивност се користат при мерења со висока прецизност бидејќи се поедноставни во дизајнот од стандардите за прецизна индуктивност, покомпактни, полесни за заштита и практично не создаваат надворешни електромагнетни полиња. Условите за рамнотежа за овој мерен мост се: L x = Р 2 Р 3 В 1 и Rx = (Р 2 Р 3) /Р 1 (сл. 3). Мостот е избалансиран дури и во случај на „нечисто“ напојување (т.е. извор на сигнал кој содржи хармоници на основната фреквенција), ако вредноста L xне зависи од фреквенцијата.

Трансформаторски мерен мост.

Една од предностите на мерните мостови со наизменична струја е леснотијата на поставување на точниот однос на напонот со помош на трансформатор. За разлика од разделувачите на напон изградени од отпорници, кондензатори или индуктори, трансформаторите одржуваат константен сооднос на напон во текот на долг временски период и ретко бараат рекалибрација. На сл. На слика 4 е прикажан дијаграм на трансформаторски мерен мост за споредување на две импеданси од ист тип. Недостатоците на трансформаторски мерен мост го вклучуваат фактот дека односот наведен од трансформаторот зависи до одреден степен од фреквенцијата на сигналот. Ова доведува до потреба да се дизајнираат трансформаторски мерни мостови само за ограничени фреквентни опсези во кои е загарантирана номиналната точност.

Заземјување и оклопување.

Типични нула детектори.

Кај мерните мостови со наизменична струја најчесто се користат два типа нула детектори. Нултиот детектор на еден од нив е резонантен засилувач со аналоген излезен уред кој го покажува нивото на сигналот. Друг тип на нула детектор е детектор чувствителен на фаза кој го одделува сигналот за нерамнотежа на активни и реактивни компоненти и е корисен во апликации каде што само една од непознатите компоненти (да речеме, индуктивноста) треба точно да се избалансира. Л, но не и отпор Риндуктори).

МЕРЕЊЕ НА НАС СИГНАЛИ

Во случај на временски променливи AC сигнали, обично е неопходно да се измерат некои од нивните карактеристики поврзани со моменталните вредности на сигналот. Најчесто, пожелно е да се знаат RMS (rms) AC електричните вредности, бидејќи грејната моќност на 1 VDC одговара на грејната моќност на 1 Vrms AC. Заедно со ова, други количини може да бидат од интерес, на пример максималната или просечната абсолутна вредност. Коренот на средната квадратна (ефективна) вредност на напонот (или јачината) на наизменична струја се определува како квадратен корен од временскиот просечен квадрат на напонот (или струјата):

Каде Т– период на сигнал Y(т). Максимална вредност Y max е најголемата моментална вредност на сигналот и просечната апсолутна вредност ЈАА– апсолутна вредност во просек со текот на времето. Со синусоидна осцилација Y eff = 0,707 Yмакс и ЈАА = 0,637YМакс.

Мерење на AC напон и струја.

Речиси сите мерни инструменти на наизменична струја и напон прикажуваат вредност што се предлага да се смета како ефективна вредност на влезниот сигнал. Меѓутоа, евтините инструменти често всушност ја мерат просечната апсолутна или максимална вредност на сигналот и ја калибрираат скалата така што отчитувањето одговара на еквивалентната ефективна вредност, претпоставувајќи дека влезниот сигнал е синусоидален бран. Не треба да се занемари дека точноста на таквите уреди е исклучително мала ако сигналот е несинусоидален. Инструментите способни за мерење на вистинската rms вредност на AC сигналите може да се засноваат на еден од трите принципи: електронско множење, земање примероци на сигнал или термичка конверзија. Уредите засновани на првите два принципа, по правило, реагираат на напон, а термичките електрични мерни инструменти - на струја. Кога користите дополнителни и шант отпорници, сите уреди можат да ја мерат и струјата и напонот.

Електронско множење.

Квадратирањето и временскиот просек на влезниот сигнал до одредено приближување се врши со електронски кола со засилувачи и нелинеарни елементи за извршување на математички операции како што се наоѓање на логаритам и антилогаритам на аналогните сигнали. Уредите од овој тип може да имаат грешка од редоследот од само 0,009%.

Земање примероци на сигнал.

AC сигналот се претвора во дигитална форма со помош на ADC со голема брзина. Вредностите на сигналот од примерокот се квадратни, сумирани и поделени со бројот на вредностите на примероците во еден сигнален период. Грешката на таквите уреди е 0,01-0,1%.

Термички електрични мерни инструменти.

Најголемата точност на мерењето на ефективните вредности на напонот и струјата е обезбедена од термо-електрични мерни инструменти. Тие користат конвертор на топлинска струја во форма на мал евакуиран стаклен контејнер со грејна жица (долга 0,5–1 cm), на чиј средишен дел е прикачен топол спој на термоспој со ситна мушка. Зрната обезбедува термички контакт и во исто време електрична изолација. Со зголемување на температурата, директно поврзана со ефективната вредност на струјата во грејната жица, на излезот од термоспојот се појавува термо-EMF (напон на директна струја). Таквите конвертори се погодни за мерење на наизменична струја со фреквенција од 20 Hz до 10 MHz.

На сл. Слика 5 покажува шематски дијаграм на термички електричен мерен уред со два конвертори на топлинска струја избрани според параметрите. Кога AC напон се применува на влезот на колото Внаизменична струја на излезот на термоспојот на конверторот ТСНастанува 1 DC напон, засилувач Асоздава директна струја во грејната жица на конверторот ТС 2, во кој термоспојот на вториот произведува ист DC напон, а конвенционален DC метар ја мери излезната струја.

Со помош на дополнителен отпорник, опишаниот струен мерач може да се претвори во волтметар. Бидејќи топлинските електрични броила директно ги мерат струите само од 2 до 500 mA, потребни се шантови со отпорници за мерење на повисоки струи.

Мерење на наизменична струја и енергија.

Моќта што ја троши оптоварувањето во AC коло е еднаква на временскиот просечен производ на моменталните вредности на напонот и струјата на оптоварување. Ако напонот и струјата се разликуваат синусоидно (како што е обично случај), тогаш моќта Рможе да се претстави во форма П = ЕИ cos ј, Каде ЕИ Јассе ефективни вредности на напонот и струјата и ј– фазен агол (агол на поместување) на напонски и струјни синусоиди. Ако напонот е изразен во волти, а струјата во ампери, тогаш моќноста ќе биде изразена во вати. cos мултипликатор ј, наречен фактор на моќност, го карактеризира степенот на синхронизација на флуктуациите на напонот и струјата.

СО економска точкаОд перспектива, најважната електрична количина е енергијата. Енергија Все одредува според производот на моќноста и времето на неговата потрошувачка. ВО математичка форманапишано е вака:

Ако времето ( т 1 - т 2) мерено во секунди, напон д- во волти и струја јас– во ампери, па енергија Вќе се изрази во ват-секунди, т.е. џули (1 J = 1 Wh s). Ако времето се мери во часови, тогаш енергијата се мери во ват-часови. Во пракса, попогодно е да се изрази електричната енергија во киловат-часови (1 kWh h = 1000 Wh).

Мерачи за електрична енергија за споделување на времето.

Мерачите за електрична енергија со делење време користат многу уникатен, но прецизен метод за мерење на електричната енергија. Овој уред има два канали. Еден канал е електронски клуч кој дозволува или не го поминува влезниот сигнал Y(или обратен влезен сигнал - Y) до нископропусен филтер. Состојбата на клучот се контролира со излезниот сигнал на вториот канал со односот на временскиот интервал „затворен“/„отворен“ пропорционален на неговиот влезен сигнал. Просечниот сигнал на излезот на филтерот е еднаков на временскиот просек на производот од двата влезни сигнали. Ако едниот влезен сигнал е пропорционален на напонот на оптоварувањето, а другиот е пропорционален на струјата на оптоварувањето, тогаш излезниот напон е пропорционален на моќноста што ја троши товарот. Грешката на таквите индустриски бројачи е 0,02% на фреквенции до 3 kHz (лабораториските се околу само 0,0001% на 60 Hz). Како високопрецизни инструменти, тие се користат како стандардни бројачи за проверка на работните мерни инструменти.

Земање примероци од ватиметри и броила за електрична енергија.

Ваквите уреди се засноваат на принципот на дигитален волтметар, но имаат два влезни канали кои паралелно земаат примерок од тековните и напонските сигнали. Секоја дискретна вредност д(к), што ги претставува моменталните вредности на напонскиот сигнал во моментот на земање мостри, се множи со соодветната дискретна вредност јас(к) тековен сигнал примен во исто време. Временскиот просек на таквите производи е моќноста во вати:

Содавачот што ги акумулира производите со дискретни вредности со текот на времето ја дава вкупната електрична енергија во ват-часови. Грешката на броилата на електрична енергија може да биде дури 0,01%.

Индукциски броила за електрична енергија.

Индукцискиот мерач не е ништо повеќе од електричен мотор со ниска моќност наизменична струја со две намотки - струјно намотување и намотување на напон. Проводен диск поставен помеѓу намотките се ротира под влијание на вртежен момент пропорционален на потрошената моќност. Овој вртежен момент е избалансиран со струи индуцирани во дискот со постојан магнет, така што брзината на ротација на дискот е пропорционална на потрошувачката на енергија. Бројот на вртежи на дискот за одредено време е пропорционален на вкупната електрична енергија што ја примил потрошувачот во ова време. Бројот на вртежи на дискот се брои со механички бројач, кој покажува електрична енергија во киловат-часови. Уредите од овој тип се широко користени како броила за електрична енергија во домаќинството. Нивната грешка е обично 0,5%; имаат долг работен век под кој било дозволените нивоаструја.

Литература:

Атамалјан Е.Г. и сл. Инструменти и методи за мерење на електрични големини. М., 1982 година
Малиновски В.Н. и сл. Електрични мерења. М., 1985 година
Авдеев Б.Ја. и сл. Основи на метрологија и електрични мерења. Л., 1987 година