какое назначение образцовых электроизмерительных приборов

§ 95. Назначение и типы электроизмерительных 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 э. п. с, 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 сопротивлении и компенсационные измерительные устройства (потенциометры). Последние измеряют разность между измеряемым напряжением или э. д. с. и компенсирующим образцовым напряжением (э. д. с). 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.

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

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 δx%. Она представляет собой отношение абсолютной погрешности Δx, которая имеет место при измерениях (разность между измеренной величиной x_из и ее действительным значением х_д), к действительному значению измеряемой величины в процентах:

δx% = (x_из— х_д)/х_д * 100 (91)

Эта погрешность различна при разных значениях измеряемой величины, т. е. для различных делений шкалы прибора. Поэтому точность электроизмерительных приборов оценивают по основной приведенной погрешности _ϒx, которая равна отношению наибольшей абсолютной погрешности Δx_max для данного прибора к наибольшему (номинальному) значению х_ном 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 тока и пр.

Магнитоэлектрический прибор с подвижной рамкой

Магнитоэлектрический прибор с подвижным магнитом

Электродинамический прибор

Электромагнитный прибор

Ферродинамический прибор

Источник

Классификация электроизмерительных приборов по принципу действия и другим параметрам

Электроизмерительные приборы востребованы и представлены в большом разнообразии. Они применяются в промышленности, транспортной сфере и других областях деятельности. Устройства имеют особую систему обозначения и имеют классификацию по ряду признаков, которую необходимо знать перед применением приборов.

Конструкция и области применения измерительных приборов

Для измерения различных показателей электрического тока используют специальные приборы. Такие устройства разнообразны и классифицируются по нескольким критериям, что позволяет выбрать оптимальный вариант. Все варианты образуют отдельный класс, называющийся электроизмерительные приборы.

Электроизмерительные приборы многообразны, так как необходимы в разных сферах деятельности

Многие варианты приборов обязательно предполагают наличие дисплея, на котором отображается информация. Также в конструкции присутствуют переключатель или кнопка управления прибором. Разъёмы для подключения кабелей, корпус, кнопка включения/отключения тоже являются элементами электроизмерительных приборов.

Дисплей или циферблат всегда присутствуют на приборах измерения электротока

Устройства разного типа применяют в следующих сферах деятельности:

Простые или сложные модели приборов позволяют измерить силу тока и другие показатели электроэнергии. Для бытовых условий применяют простой вариант — счётчик электроэнергии, а в промышленности используются более сложные и профессиональные устройства. Таким образом, для электроизмерительных приспособлений каждого типа характерно определённое назначение.

Принцип работы

Большинство электроизмерительных устройств имеют принцип действия, основанный на том, что электроны двигаются по проводнику электроцепи и создают вокруг себя магнитное поле. Стрелка измерительного приспособления перемещается в этом поле, реагируя на его параметры. Чем ниже показатели магнитной зоны, тем меньше отклонения стрелки.

Шкала и стрелка присутствуют на многих приборах и визуализируют особенности электрического тока

При этом все приборы электроизмерительного типа по принципу действия разделяются на следующие виды:

Видео: принцип работы измерительных приборов

Варианты классификации приборов измерения тока

Все устройства, служащие для определения параметров электрического тока, классифицируются по нескольким признакам. В зависимости от сферы и цели применения подбирают нужный вариант.

Дисплей может быть цифровым или в виде стрелки и шкалы

Виды конструкций

Классификация устройств по типу конструкции предполагает разделение приборов по внешним данным, форме, корпусу, типу дисплея или шкалы. В результате можно выделить несколько вариантов. Одним из них являются щитовые модели, которые представляют собой объёмный щит с кнопками управления и информационным табло.

Цифровые приборы имеют дисплей, отображающий максимально точный результат измерений

Стационарные не подлежат частому перемещению и устанавливаются для контроля параметров энергии в определённой зоне. В отличие от них более мобильны переносные варианты, которые позволяют провести работы в разных местах без необходимости перемещения массивного оборудования.

Классификация по роду измеряемой величины

Все электроизмерительные устройства классифицируются в зависимости от того, какую величину позволяют определить. Это необходимо для всестороннего изучения показателей напряжения, что важно в разных сферах деятельности. В результате классификации по роду определяемой величины можно выделить следующие виды оборудования:

Осциллограф имеет сложную конструкцию, помогающую получить точный результат

Каждый прибор имеет определённое назначение, но многие из них имеют схожий принцип работы. Оборудование может быть разного размера, а производители представляют широкий выбор вариантов.

Разделение по роду тока

Электрический ток может быть нескольких видов и в зависимости от этого подбирают приборы для его измерения. В результате такого подхода можно выделить изделия, предназначенные для измерения и используемые лишь в цепях постоянного тока. Существуют варианты, которые применяют только в цепях с переменным электричеством. Более универсальны модели, подходящие для работы с обеими цепями.

Способы отображения информации

Существует два варианта: цифровые и аналоговые. Под цифровыми устройствами подразумевают приборы, осуществляющие в процессе измерения автоматическое преобразование определяемой величины в дискретную. При этом величина является непрерывной, а полученный результат отображается на цифровом дисплее или регистрируется цифропечатающим оборудованием.

Цифровой дисплей характеризуется чёткостью отображения

Главное преимущество цифровых моделей по сравнению с иными вариантами заключается в том, что полученный результат измерений может быть преобразован математически или физически без повышения погрешности. Одним из представителей такого вида приборов является цифровой вольтметр. Востребованы также амперметры, фазометры, частотомеры.

Аналоговые варианты часто оснащены шкалой и стрелкой. Оборудование характеризуется тем, что при измерении показатель входного сигнала преобразуется в показатель выходного импульса. Результат показывает стрелка, направленная на градуированную шкалу, имеющую определённый предел.

Шкала со стрелкой имеет определённый диапазон измерений

Три блока являются составляющими аналоговой конструкции: блок сравнения, первичный преобразователь, устройство ввода информации. Элементы соединены в систему и взаимосвязаны друг с другом.

Иные варианты систематизации

Электроизмерительные устройства широко используются и классифицируют не только по вышеперечисленным критериям, но и по другим особенностям. Часто разделение осуществляется по следующим параметрам:

Обозначения приборов

Производители при маркировке изделий указывают определённые обозначения, которые отражают информацию о принципе действия оборудования. Прописная буква в маркировке указывает на тип работы устройства. Основными являются следующие варианты:

Разнообразные приборы имеют множество вариантов классификации

При выборе конкретного устройства учитывают обозначения в маркировке. Перед первым использованием нового оборудования требуется его настройка, выполняющаяся согласно инструкции.

Класс точности электроизмерительных устройств

Помимо иных характеристик, важное значение имеет и класс точности, который отражает особенности прибора. Точность зависит от допустимой предельной погрешности, которая может возникнуть в результате конструктивных особенностей конкретного оборудования. Выделяют по ГОСТу такие классы точности, как: 4,0 и 0,05; 0,1 и 0,2, а также 0,5 и 1,0, 1,5 и 2,5. Класс не превышает относительной погрешности устройства, определяющейся по формуле: — ɣ = ∆x / xпр * 100%. При этом ɣ — приведённая погрешность, ∆x — абсолютная погрешность, а xпр является измеряемым параметром.

Видео: классификация электроизмерительного оборудования

Оборудование для измерения разных показателей электротока представлено множеством моделей и типов. Выбор правильного устройства является залогом точных измерений и эффективной работы приборов.

Источник

НАЗНАЧЕНИЕ И ТИПЫ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ 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. Электроизмерительные приборы подразделяются на две категории: 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 э. п. с., 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 э. д. с. и компенсирующим образцовым напряжением (э. д. с). 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 (табл. 4).

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 Δх%. Она представляет собой отношение абсолютной погрешности Δх, которая имеет место при из­мерениях (разность между измеренной величиной х_из и ее действительным значением х_д), 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 γ, которая равна отношению наибольшей абсолютной погрешности Δx_max для данного прибора к наибольшему (номинальному) значению x_ном 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 тока и пр. По степени точности электроизмерительные, приборы непосредственной оценки подразделяются на восемь классов:

К первым трем классам относят точные лабораторные приборы. Приборы классов 0,5; 1,0 и 1,5 используют для различных технических измерений.

Они обычно переносные, подключаемые к электрическим установкам только во время измерений. Приборы классов 2,5 и 4,0 устанавливают постоянно на щитах и панелях управления электрическими установками.

Ошибка в показаниях прибора определяется его классом точности. Например, амперметр класса 1,5 со шкалой на 100 А может дать погрешность = 1,5 А.

Погрешность прибора не следует смешивать с погрешностью измерений. Так как погрешность для рассматриваемого прибора, равная 1,5 А, задается независимо от измеряемого им тока, то при 50 А погрешность измерений будет составлять 3%, а при токе 5 А — 30%. Поэтому при измерениях рекомендуется так выбирать приборы, чтобы значения измеряемой величины не были существенно меньшими наибольшего ее значения, указанного на шкале прибора.

Обозначения на шкале. На шкале каждого прибора проставляют соответствующие условные обозначения, характеризующие назначение прибора (амперметр, вольтметр и т. д.), его класс точности, род тока, при котором он может применяться, систему прибора, нормальное его положение при измерениях; испытательное напряжение, при котором проверялась изоляция прибора, и пр. Для указания назначения прибора в его условное обозначение вписывают буквенные символы измеряемых величин, например: А (амперметр), V (вольтметр), W (ваттметр),

Источник

Тема: Электроизмерительные приборы и измерения электрических величин

Тема: ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

1. Общие сведения об электроизмерительных приборах

Электроизмерительные приборы предназначены для измерения различных величин и параметров электрической цепи: напряжения, силы тока, мощности, частоты, сопротивления, индуктивности, емкости и других.

На схемах электроизмерительные приборы изображаются условными графическими обозначениями в соответствии с ГОСТ 2.729-68. На рис.1.1 приведены общие обозначения показывающих и регистрирующих приборов.

Рис. 1.1 Условные графические обозначения электроизмерительных приборов.

Для указания назначения электроизмерительного прибора в его общее обозначение вписывают конкретизирующее условное обозначение, установленное в стандартах, или буквенное обозначение единиц измерения прибора согласно ГОСТ в соответствии с табл.1.1.

A

Cos

M

2. Электромеханические измерительные приборы

По принципу действия электромеханические приборы подразделяются на приборы магнитоэлектрической, электромагнитной, ферродинамической, индукционной, электростатической систем. Условные обозначения систем приведены в табл. 1.2. Наибольшее распространение получили приборы первых трех типов: магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические.

Род измеряемого тока

Высокая точность, равномерность шкалы

Неустойчив к перегрузкам

Простота устройства, к перегрузкам устойчив

Низкая точность, чувствителен к помехам

чувствителен к помехам

Высокая надежность, к перегрузкам устойчив

3. Области применения электромеханических приборов

Магнитоэлектрические приборы: щитовые и лабораторные амперметры и вольтметры; нулевые индикаторы при измерениях в мостовых и компенсационных цепях.

Электродинамические механизмы используются в лабораторных и образцовых, приборах для измерения постоянных и переменных токов, напряжений и мощностей.

Активные и реактивные счетчики устанавливают на всех предприятиях для расчета с энергоснабжающими организациями за используемую электроэнергию.

Принцип выбора измерительных приборов

1.Определяют расчетом цепи максимальные значения тока, напряжения и мощности в цепи. Часто значения измеряемых величин известны заранее, например, напряжение сети или аккумуляторной батареи.

2. В зависимости от рода измеряемой величины, постоянного или переменного тока, выбирают систему прибора. Для технических измерений постоянного и переменного тока выбирают соответственно магнитоэлектрическую и электромагнитную системы. При лабораторных и точных измерениях для определения постоянных токов и напряжений применяют магнитоэлектрическую систему, а для переменного тока и напряжения — электродинамическую систему.

3. Выбирают предел измерения прибора таким образом, чтобы
измеряемая величина находилась в последней, третьей части шкалы
прибора.

4. В зависимости от требуемой точности измерения выбирают класс
точности прибора.

4. Способы включения приборов в цепь

Рис. 1.2. Схемы включения электроизмерительных приборов в электрическую цепь.

Рис. 1.3. Способы расширения пределов измерения приборов.

Цена деления многопредельных амперметров, вольтметров, ваттметров определяется по формуле:

I = nCI, A; U = nCu, B; P = n-Cw, Bт,

5. Особенности измерения цифровыми электронными приборами

При всех видах измерений необходимо перейти на больший предел, когда прибор индицирует выход за предел (буква «П» в старшем разряде) и изменить полярность входного сигнала при мигании знака «-» в старшем разряде.

Погрешность измерения мультиметра ВР-11 А.

Постоянное напряжение: ±(0,5% Ux +4 зн.).

Переменное напряжение: ±(0,5% Ux + 10 зн.),

Достоинства электронных приборов: высокое входное сопротивление, что позволяет проводить измерения без влияния на цепь; широкий диапазон измерений, высокая чувствительность, широкий частотный диапазон, высокая точность измерений.

6. Погрешности измерений и измерительных приборов

Способы представления погрешности следующие.

В зависимости от решаемых задач используются несколько способов представления погрешности, чаще всего используются абсолютная, относительная и приведенная.

Абсолютная погрешность – измеряется в тех же единицах что и измеряемая величина. Характеризует величину возможного отклонения истинного значения измеряемой величины от измеренного.

Относительная погрешность – отношение абсолютной погрешности к значению величины. Если мы хотим определить погрешность на всем интервале измерений, мы должны найти максимальное значение отношения на интервале. Измеряется в безразмерных единицах.

Класс точности – относительная погрешность, выраженная в процентах. Обычно значения класса точности выбираются из ряда: 0,1; 0,5: 1,0; 1,5; 2,0; 2,5 и т. д.

Понятия абсолютной и относительной погрешностей применяют и к измерениям, и к средствам измерения, а приведенная погрешность оценивает только точность средств измерения.

(1.1)

Обычно истинное значение измеряемой величины неизвестно, и вместо него в (1.1) подставляют значение величины, измеряемой более точным прибором, т. е. имеющим меньшую погрешность, чем прибор, дающий значение х. Абсолютная погрешность выражается в единицах измеряемой величины. Формулой (1.1) пользуются при поверке измерительных приборов.

Относительная погрешность измерения равна отношению абсолютной погрешности к истинному значению измеряемой величины и выражается в процентах:

(1.2)

По относительной погрешности измерения проводят оценку точности измерения.

Приведенная погрешность измерительного прибора определяется как отношение абсолютной погрешности к нормирующему значению xn и выражается в процентах:

(1.3)

Нормирующее значение обычно принимают равным верхнему пределу рабочей части шкалы, у которой нулевая отметка находится на краю шкалы.

Приведенная погрешность определяет точность измерительного прибора, не зависит от измеряемой величины и имеет единственное значение для данного прибора. Из (1.3) следует, что для приборов абсолютная погрешность — величина, постоянная по всей шкале. Так как относительная погрешность измерения тем больше, чем меньше измеряемая величина х по отношению к пределу измерения прибора хN.

Класс точности прибора численно равен наибольшей допустимой приведенной основной погрешности, вычисленной в процентах. Для амперметров и вольтметров установлены следующие классы точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0; 5,0. Эти числа наносятся на шкалу прибора. Например, класс 1 характеризует гарантированные границы погрешности в процентах (± 1%, например, от конечного значения 100 В, т. е. ±1В) в нормальных условиях эксплуатации.

Поскольку на шкале прибора приводится и класс точности прибора G, и предел измерения XN, то абсолютная погрешность прибора определяется из формулы (1.3):

(1.4)

Связь относительной погрешности измерения с классом точности прибора G выражается формулой:

(1.5)

откуда следует, что относительная погрешность измерения равна классу точности прибора только при измерении предельной величины на шкале, т. е. когда х = XN. С уменьшением измеряемой величины относительная погрешность возрастает. Во сколько раз XN > х, во столька раз > G. Поэтому рекомендуется выбирать пределы измерения показывающего прибора так, чтобы отсчитывать показания в пределах последней трети шкалы, ближе к ее концу.

7. Представление результата измерений при однократных измерениях

Результат измерения состоит из оценки измеряемой величины и погрешности измерения, характеризующей точность измерения. По ГОСТ 8.011-72 результат измерения представляют в форме:

А±,Р, (1.6)

— абсолютная погрешность прибора;

При этом А и должны оканчиваться цифрами одинакового разряда, а погрешность не должна иметь более двух значащих цифр.

Если при обработке данных теория вероятности не применялась, то вероятность Р не указывают.

Измерения, проводимые при выполнении большинства работ, относятся к техническим, которые выполняют однократно. Погрешность прямых однократных измерений определяется погрешностью измерительного прибора .

Пример. Измеряют напряжение сети U щитовым вольтметром типа
Э-377, класса точности 1,5, с пределом шкалы 250 В. Показание
вольтметра U=215 В. Сначала определяют абсолютную погрешность
вольтметра:

Затем записывают результат измерения с оценкой погрешности:

U=(215±4)B.
Относительная погрешность измерения составляет:

В окончательном ответе должно быть сообщено: «Измерение проведено с относительной погрешностью = 1,7%. Измеренное напряжение U=(215±4) В».

8. Косвенные измерения и их погрешности

Косвенным измерением называется измерение, при котором искомая величина находится по известной зависимости между этой величиной и другими величинами, полученными в результате прямых измерений. Например, сопротивление R можно определить по формуле: R=U/I, где напряжение U и ток I измерены вольтметром и амперметром соответственно.

Выражения для абсолютной и относительной погрешностей некоторых функциональных зависимостей приведены в табл. 1.3.

P=UI+UI

R=(IU+UI)/I2

P=U+I

P=UICos

P=UICos+UICos+

+UICos

P=U+I+Cos

Постоянный и переменный ток

X=A+B

Постоянный и переменный ток

X=A+B+C

X=(A+B+C)/(A+B+C)

Очевидно, что погрешности косвенного измерения значения X часто значительно превосходят по величине погрешности прямого измерения электрических величин. Поэтому целесообразно по возможности применять для исследования электрических цепей прямые измерения.

Источник