Измерение тока, напряжения и мощности. Раздел 3

Общие сведения об измерительных приборах
Классификация средств контроля и измерения может производиться по нескольким признакам:
1. По роду измеряемых величин
2. По способу получения данных
3. По виду показаний
4. По расположению
5. По назначению

По роду измеряемых величин –
Приборы для измерения характеристик электрического тока (амперметр, вольтметр, мультиметр)
Приборы, измеряющие давление;
Приборы, измеряющие температуру
Приборы для измерения расхода, количества, состава, уровня, состояния вещества и т.д

2. По способу получения данных
Показывающие - демонстрируют значение измерения величины в данный момент времени (тестер, частотомер);
Регистрирующие - предназначены для автоматической записи измеряемой величины за время работы прибора;
Сигнализирующие - снабжены световой или звуковой сигнализацией, срабатывающей в случае достижения измеряемой величиной заданного значения (тестер определения напряжения);
Регулирующие - предназначены для автоматического поддержания конкретного значения измеряемой величины;
Измерительные автоматы - это устройства, которые по результатам проведенных измерений выполняют некоторую последовательность действий, согласно заложенной программе

Классификация средств контроля и измерения может производиться по нескольким признакам:
3. По виду показаний
аналоговые приборы (значение измерения определяется с помощью стрелки и шкалы с делениями) ;
цифровые приборы (измеренное значение демонстрируется на дисплее в виде конкретного числа);

Классификация средств контроля и измерения может производиться по нескольким признакам:
4. По расположению
местные (закрепляются на самом объекте измерений или рядом с ним)
дистанционные (передают измеряемые параметры на расстояние).

Классификация средств контроля и измерения может производиться по нескольким признакам:
5. По назначению –
рабочие (применяются для конкретных практических целей измерений)
образцовые (предназначены для поверки рабочих)
эталонные (воспроизведение единиц измерения с максимально возможной точностью)

Ко всем измерительным приборам можно предъявить ряд общих требований:
Высокая точность.
Широкий предел измерения.
Высокая чувствительность (чувствительность – способность прибора реагировать на малые изменения исследуемой величины).
Высокая надежность (срок службы).
Отсутствие влияния на измерительную схему или объект.
Высокое быстродействие (быстродействие – способность прибора мгновенно реагировать на результат измерения).
Быстрая готовность к работе.
Простота и удобство в эксплуатации и ремонте.
Безопасность в работе.

Принцип действия электромеханических приборов (ЭМП)
Рис. 5. Упрощенная схема ЭМП
Измеряемая величина Х подаётся на измерительную схему, где она качественно или количественно преобразуется в величину Y; величина Y воздействует на измерительный механизм, в этом механизме Y преобразуется в угловое перемещение α стрелки отсчётного устройства. В результате угловое отклонение создаст вращательный момент, который зависит от величины Х.

- момент вращения (1)
Под воздействием стрелка отсчетного устройства отклоняется до упора за счёт инерции; чтобы обеспечить равенство (1) создают противодействующий момент с помощью пружины.
Мпр= D * α - противодействующий момент (2)
- D удельный противодействующий момент, зависит от свойства выбранной пружины, находится по справочнику.
При равенстве моментов стрелка должна остановиться; чтобы этого добиться, создают успокаивающий момент:

- успокаивающий момент (3)
Создание гарантирует чувствительность ЭМП
h= n /Amax
Где:
n – число делений;
Amax- предел измерения.
Хорошей чувствительностью считается:
h=( 2-3) [ДЕЛЕНИЕ /ЕДИНИЦУ ИЗМЕРЕННИЯ)]
[ДЕЛЕНИЕ /ЕДИНИЦУ ИЗМЕРЕННИЯ)]

Аналоговые приборы по виду измерительного механизма делятся на несколько типов:
Магнитоэлектрические
Электромагнитные
Электродинамические
Электростатические

Магнитоэлектрические
Принцип действия: взаимодействие поля постоянного магнита и контура с током.
Обозначение:
Уравнение системы: α= K · I
Достоинства:
Равномерность шкалы
Высокая чувствительность.
Высокий класс точности (0,1)
Отсутствие влияния внешних магнитных полей.
Недостатки:
Используется только в цепях переменного тока.
Сложность конструкции.
Применение: применяются в милли-, микро-, амперметрах и вольтметрах, частотомерах.

Электромагнитные
Принцип действия: взаимодействие магнитного поля катушки с сердечником и тока.
Обозначение:
Уравнение системы: α= k·I
Достоинства:
Возможность применения в цепях переменного тока с частотой до 8000 Гц
Простота конструкции.
Надёжность в эксплуатации.
Устойчивость к перегрузкам.
Недостатки:
Неравномерность шкалы.
Подвержены влиянию внешних магнитных полей.
Возникают вихревые токи.
Остаточная магнитная индукция в сердечнике.
Применение: амперметры и вольтметры в цепях переменного тока, частотомеры, фазометры.
2

Электродинамические
Принцип действия: взаимодействие двух катушек – подвижной и неподвижной.
Обозначение:
Уравнение системы: α= К
Достоинства:
Отсутствие стальных сердечников.
Высокий класс точности (0,1; 0,2)
Может использоваться в цепях как переменного, так и постоянного тока.
Недостатки:
Чувствительны к внешним магнитным полям.
Низкая чувствительность
Высокая стоимость.
Требуется постоянный уход и обслуживание.
Применение: амперметры, вольтметры, ваттметры, частотомеры, приборы для измерения угла сдвига фаз, ёмкости.

Аналоговые приборы по виду измерительного механизма делятся на несколько типов:
Электростатические
Принцип действия: взаимодействие электрически заряженных частиц (проводников).
Обозначение:
Достоинства:
Может работать в цепях как постоянного, так и переменного тока.
Не зависит от внешней магнитной частоты, формы, кривой напряжения.
Обладает высоким входным сопротивлением.
Практически не потребляет активной мощности.
Недостатки:
Неравномерность шкалы
Измерения только до 30 МГц
Низкая чувствительность
Не для малых напряжений.
Применение: вольтметры (для снятия действительного напряжения в цепях переменного тока).

Тема 3.2 Измерение напряжения и тока
Для измерения напряжения и тока используются следующие приборы:
- для измерения тока - амперметры, миллиамперметры, микроамперметры;
- для измерения напряжения – вольтметры, милливольтметры, микровольтметры

Измерение тока
Амперметры, миллиамперметры, микроамперметры, включаются в цепь последовательно с элементом (Rн), на котором измеряется ток
Рис. 6. Схема подключения амперметра в электрическую цепь

Измерение тока
Сопротивление амперметра должно быть мало, чтобы прибор не влиял на схему.
Для расширения предела измерения применяются шунты (шунт – сопротивление, которое подключают параллельно к измерительному механизму прибора, предел которого расширяют).
Где:
р - коэффициент шунтирования, показывает, во сколько раз необходимо расширить предел измерения.

Измерения напряжения
Вольтметры, милливольтметры, микровольтметры, – включаются параллельно элементу, на котором измеряют падение напряжения.
Рис. 7. Схема подключения вольтметра в электрическую цепь

Измерения напряжения
Сопротивление прибора должно быть максимальным, для исключения влияния на измеряемую схему
Предел измерения расширяют с помощью добавочного RД, включённого последовательно с прибором.
где р – коэффициент расширения (показывает во сколько раз необходимо расширить предел измерения).

Сводная таблица для расширения тока и напряжения