Измерение электрических величин
Дисциплина «Основы Электротехники» часть 3
Гр 3502-21
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ
Наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и достижения требуемой точности называется метрологией. Измерением называется нахождение значений физических величин опытным путем с помощью специальных технических средств.
Средствами электрических измерений называют технические средства, которые используются при электрических измерениях и имеющие нормированные погрешности. Измерения подразделяются в зависимости в зависимости от способа получения результата на прямые и косвенные. Прямыми называют измерения, результат которых получается непосредственно из опытных данных. Косвенными называют измерения, при которых искомая величина непосредственно не измеряется.
Методы измерений классифицируются следующим образом:
• метод непосредственной оценки позволяет измерять величину непосредственно по отсчетному устройству; данный метод отличается низкой точностью;
• метод сравнения; при этом методе искомая величина сравнивается с величиной, производимой мерой. Например, измерение сопротивления путем сравнения его с мерой сопротивления, измерение массы тела на рычажных весах с уравновешиванием гирями.
Отклонение результата измерений от истинного значения измеряемой величины называют погрешностью измерения. Погрешности делятся на абсолютную, относительную и приведенную погрешности измерения.
|
|
|
Абсолютная погрешность измерения АА равна разности между показанием измерительного прибора^ и действительным значением измеряемой величины А
Относительная погрешность измерения 8 есть отношение абсолютной погрешности измерения к действительному значению измеряемой величины, выраженное в процентах:
Приведенная погрешность измерения у есть отношение абсолютной погрешности к нормируемому значению измеряемой величины AN (верхний предел измерения прибора), выраженное в процентах.
В зависимости от условий возникновения погрешности различают на основную и дополнительную погрешность. Основная погрешность возникает, если средства измерений используются в нормальных условиях (температура 20° ± 5°, отсутствие
внешнего электрического и магнитного поля, кроме земного). Дополнительная
погрешность возникает при отклонении условий эксплуатации от нормальных.
Электроизмерительные приборы
В современных условиях контроль за потреблением электрической энергии, режимом работы электрооборудования, измерением неэлектрических величин осуществляется с помощью электроизмерительных приборов.
|
|
|
Электроизмерительные приборы подразделяются:
1) по назначению: приборы для измерения тока — амперметры, миллиамперметры, гальванометры; для измерения напряжения — вольтметры, милливольтметры, гальванометры; для измерения мощности — ваттметры, киловаттметры; для измерения электрической энергии — счетчики; для измерения сдвига фаз и коэффициента мощности — фазометры; для измерения частоты — частотометры; для измерения сопротивлений — омметры и мегомметры;
2) по роду измеряемого тока — приборы постоянного тока, переменного
тока, постоянного и переменного тока;
3) по принципу действия — приборы магнитоэлектрической, электромагнитной,
электродинамической, индукционной, тепловой, термоэлектрической, электростатической систем, электронные и другие;
4) по классу точности — приборы подразделяются на восемь классов точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4;
5) по степени защищенности от внешних полей приборы категории I и II, характеризующие допускаемое изменение показателей прибора (в %) из-за влияния внешнего магнитного или электрического поля;
6) по условиям механических воздействий при эксплуатации — приборы обыкновенные, повышенной прочности и устойчивые к механическим воздействиям (вибропрочные, ударопрочные, вибростойкие);
|
|
|
7) по устойчивости к климатическим воздействиям — приборы группы А, Б и В для работы в закрытых сухих отапливаемых помещениях, в закрытых не отапливаемых помещениях и в полевых условиях;
8) по способу установки — щитовые и переносные приборы;
9) по форме представления показаний — аналоговый измерительный прибор (непрерывной функцией изменений измеряемой величины), цифровой измерительный прибор (измерительный прибор, показания которого представлены в цифровой форме).
10) Электроизмерительные приборы должны отвечать следующим основным требованиям:
• погрешность прибора не должна превышать предела (класса точности)
и не должна изменяться с течением времени;
• шкала прибора должна быть проградуирована в единицах СИ;
• прибор должен быть снабжен успокоительной системой;
• магнитные и электрические поля, температура окружающей среды
не должны оказывать заметного влияния на показания прибора;
• прибор должен потреблять минимальное количество энергии
и должен выдерживать установленную соответствующим ГОСТ перегрузку.
На шкале каждого прибора наносятся следующие обозначения:
|
|
|
• единица измерения;
• система прибора;
• класс точности прибора;
• рабочее положение прибора;
• степень защищенности от магнитных и других влияний;
• величина испытательного напряжения изоляции измерительной
цепи по отношению к корпусу;
• год выпуска и заводской номер;
• род тока;
• тип прибора.
Электроизмерительный прибор включает в себя измерительную цепь, измерительный механизм и отсчетное устройство.
Измерительная цепь служит для преобразования измеряемой величины в некоторую промежуточную электрическую величину, которая
воздействует на измерительный механизм. Измерительный механизм
преобразует промежуточную электрическую величину в угол поворота подвижной части отсчетного устройства.
.
При эксплуатации электроизмерительных приборов должна проводиться
их периодичная поверка в сроки, установленные руководителем предприятия.
Поверка средств измерений — это совокупность операций, выполняемых
органами Государственной метрологической службы в целях
определения и подтверждения соответствия средств измерений установленным
техническим требованиям. При внешнем осмотре прибора должно быть установлено: отсутствие внешних повреждений и повреждений покрытия шкалы; четкость всех надписей; укомплектованность прибора запасными частями, принадлежностями, необходимыми для проведения поверки. При опробовании должно быть установлено надежное закрепление зажимов приборов, плавный ход
и четкая фиксация переключателей. Электрическую прочность и сопротивление
изоляции проверяют по ГОСТ 8711—78 для амперметров и вольтметров и по ГОСТ 8476—78 — для ваттметров и варметров.
Электрическое сопротивление изоляции не должно превышать значения,
установленного в ГОСТ 8711—78 для амперметров и вольтметров
Выбор того или иного способа защиты в конкретной электроустановке и эффективность его применения зависят от целого ряда факторов: номинального напряжения; рода, формы и частоты тока электроустановки; способа электроснабжения (от стационарной сети, от автономного источника питания электроэнергией); режима нейтрали источника трехфазного тока (изолированная нейтраль, заземленная нейтраль); условий внешней среды; схемы возможного включения человека в цепь протекания тока (прямое однофазное, прямое двухфазное прикосновение; включение под напряжение шага); вида работ
(монтаж, наладка, испытания) и др.
Средства защиты подразделяются на неизолирующие и изолирующие.
К неизолирующим относятся плакаты и знаки безопасности:
1) запрещающие (не включать работают люди, не включать работа на линии, не открывать работают люди, работа под напряжением повторно не включать);
2) предупреждающие («молния», испытание опасно для жизни, не влезай убьет, стой напряжение, опасное электрическое поле без средств защиты проход запрещен);
3) предписывающие (работать здесь, влезать здесь);
4) указательные (заземлено).
Изолирующие средства до 1 кВ делятся на две группы.
1. Основные изолирующие: изолирующие штанги; изолирующие клещи; указатели напряжения; электроизмерительные клещи; диэлектрические перчатки; ручной изолирующий инструмент.
2. Дополнительные изолирующие: диэлектрические галоши; диэлектрические
ковры и изолирующие подставки; изолирующие колпаки,
покрытия и накладки; лестницы приставные и стремянки изолирующие стеклопластиковые.
К средствам индивидуальной защиты относятся: средства защиты
головы; средства защиты глаз и лица; средства защиты органов дыхания;
средства защиты рук; средства защиты от падения с высоты;
одежда специальная защитная.
Измерение электрических величин
Измерение тока, напряжения и мощности производится амперметрами, вольтметрами и ваттметрами соответственно, включенными по схеме
Рис1
Для расширения пределов измерения амперметров в цепях постоянного тока применяют шунтирование, благодаря которому по измерительному механизму (ИМ) прибора протекает лишь часть измеряемого тока.
Шунт представляет собой резистор Лш, включаемый последовательно в цепь измеряемого тока I, амперметр же включается параллельно шунту. Ток Iи, протекающий по измерительному механизму; связан с измеряемым током I зависимостью
где Rим — сопротивление измерительного механизма.
Шунты изготовляются обычно из манганина, обладающего малым температурным коэффициентом, благодаря чему его сопротивление практически остается постоянным. По отношению к прибору шунты бывают внутренние и наружные. Кроме того, в переносных амперметрах часто применяются многопредельные шунты.
В цепях переменного тока для расширения пределов измерения амперметров используют трансформаторы тока.
Для расширения пределов измерения вольтметра в цепях до 500 В применяются добавочные резисторы (Лд), включаемые последовательно с вольтметром (рис. 16.3). В этом случае измеряемое напряжение распределяется между вольтметром и добавочным резистором. Величину добавочного сопротивления подбирают с таким расчетом, чтобы по обмотке вольтметра проходил тот же ток, что и при номинальном напряжении.
Ток 1и протекающий по измерительному механизму (ИМ), можно определить по следующей формуле
где U — измеряемое напряжение.
Для измерения высоких напряжений переменного тока используют измерительные трансформаторы напряжения.
Для измерения мощности постоянного тока применяют метод амперметра и вольтметра. Достаточно измерить напряжение и ток, а затем результат определить по формуле
Этот метод пригоден и для измерения полной мощности переменного тока, которая равна активной, если коэффициент мощности cosɸ = 1. Чаще всего измерение мощности осуществляется одним прибором — ваттметром. Для измерения мощности в однофазной сети применяют схему включения ваттметра, показанную на рис.1.
В трехфазных сетях для измерения мощности используют один, два и три ваттметра. Если нагрузка симметричная и включена «звездой», то достаточно одного ваттметра. Если в этой же схеме нагрузка несимметрична по фазам, то используются три ваттметра. В схеме соединения потребителей «треугольником» измерение мощности производится двумя ваттметрами.
Измерение электрической энергии осуществляется в основном индукционными измерительными приборами. В последние годы широкое распространение получили цифровые счетчики энергии, основанные на принципе амперметра-вольтметра с последующим интегрированием результата перемножения по времени.
Для измерения электрического сопротивления применяют метод амперметра-вольтметра, основанный на измерении тока, протекающего через измеряемое сопротивление, и падения напряжения на нем.
Затем рассчитывают сопротивление по формуле закона Ома .
Также для измерения электрических сопротивлений применяют омметр — измерительный прибор непосредственной оценки. Омметр представляет собой миллиамперметр с магнитоэлектрическим измерительным механизмом и включается последовательно с измеряемым сопротивлением. Широкое распространение в последнее время получили цифровые многопредельные омметры, чаще всего входящие в состав универсальных цифровых измерительных приборов. Разновидности омметров: мегомметры, гигаомметры, термометры, миллиомметры, микроомметры, различающиеся диапазонами измеряемых сопротивлений.
Наиболее точно сопротивление можно измерить с помощью мостовой схемы, представленной на рис.2. Любой из четырех резисторов может быть резистором с неизвестным сопротивлением, и его значение определяют из пропорции с другими тремя резисторами, которые калиброваны или их сопротивления известны с высокой точностью.
Когда мост находится в условиях равновесия (гальванометр Г показывает ноль), отношение определяется как
Дата добавления: 2020-11-29; просмотров: 106; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!