ВІКІСТОРІНКА
Навигация:
Інформатика
Історія
Автоматизація
Адміністрування
Антропологія
Архітектура
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Військова наука
Виробництво
Географія
Геологія
Господарство
Демографія
Екологія
Економіка
Електроніка
Енергетика
Журналістика
Кінематографія
Комп'ютеризація
Креслення
Кулінарія
Культура
Культура
Лінгвістика
Література
Лексикологія
Логіка
Маркетинг
Математика
Медицина
Менеджмент
Металургія
Метрологія
Мистецтво
Музика
Наукознавство
Освіта
Охорона Праці
Підприємництво
Педагогіка
Поліграфія
Право
Приладобудування
Програмування
Психологія
Радіозв'язок
Релігія
Риторика
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Статистика
Технології
Торгівля
Транспорт
Фізіологія
Фізика
Філософія
Фінанси
Фармакологія


З дисципліни «Електричні та технічні вимірювання»

Навчальний посібник

З дисципліни «Електричні та технічні вимірювання»

для студентів спеціальності 5.050701104 «Монтаж і експлуатація електроустаткування підприємств і цивільний споруд»

 

Могилів-Подільський

 

 

УДК 621.3.08

 

Г-20

 

Рецензенти:

Заячковська Л.М. - методист коледжу

Терешкевич Л.Б. -кандидат технічних наук, доцент, завідувач кафедри електротехнічних систем електроспоживання ВНТУ

 

 

Укладач:

Гарагуц С.Л.

Електричні та технічні вимірювання. Навчальний посібник. –

2016. – 179 с.

 

У навчальному посібнику наведено основні поняття метрології. Подано класифікацію засобів електричних вимірювань, описано їх будову та принцип дії. Розглянуто методи вимірювання струмів та напруг, опорів, індуктивностей та ємностей; вимірювання потужності та енергії; вимірювання фазового зсуву та частоти; вимірювання магнітних величин та вимірювання неелектричних величин.

Навчальний посібник призначений для студентів електротехнічних спеціальностей ВНЗ І – ІІ рівня акредитації.

ЗМІСТ

Вступ..........................................................................................................................6

Розділ I. Основи метрології

Основи метрології

1.1.1. Класифікація засобів вимірювань……………………………………12

1.1.2. Еталони………………………………………………………………...12

1.1.3. Види вимірювань. Методи вимірювань…………………………......14

Класифікація похибок вимірювань. Клас точності засобів вимірювання

1.2.1. Поняття про похибки вимірювання та їх класифікацію…………....17

1.2.2. Класифікація похибок за способом вираження. Клас точності засобів вимірювання……….…………………………………………………..….17

1.2.3. Класифікація похибок за різними ознаками…………………….......18

Розділ 2. Засоби електричних вимірювань

Міри основних електричних величин

2.1.1. Загальні поняття. Класифікація мір……………………………….....22

2.1.2. Передача розмірів одиниць від еталонів робочим і зразковим засобам вимірювання……………………………………………………………...22

2.1.3. Міри електричних величин………………………………………...…23

2.1.4. Державна система забезпечення єдності вимірювань……………....27

2.2. Загальні відомості про аналогові вимірювальні прилади

2.2.1. Загальні відомості…………………………………………………......30

2.2.2. Відлікові пристрої………………………………………………..…....31

2.2.3. Пристрої для створення протидіючого моменту. Опорний пристрій………………………………………………………………………..…...32

2.2.4. Заспокоювачі……………………………………………………..……33

2.2.5. Загальні технічні вимоги до приладів. Умовні позначення приладів ……...………………………………………………………….………...34

2.2.6. Характеристики та якісні показники приладів…………………..….37

Вимірювальні механізми приладів та ї х застосування

1.3.1. Узагальнена структурна схема та класифікація електромеханічних вимірювальних приладів………………………………………………….……...40

2.3.2. Прилади магнітоелектричної системи. Конструктивна будова, принцип дії та галузі застосування………………………………..……………..41

2.3.3. Прилади електромагнітної системи. Конструктивна будова, принцип дії та галузі застосування………………………………….……….…..43

2.3.4. Конструктивна будова, принцип дії та галузі застосування

приладів електродинамічної та феродинамічної системи………..………….…44

2.3.5. Електростатичні механізми та їх застосування………………….….47

2.3.6. Прилади індукційної системи. Конструктивна будова, принцип

дії і застосування...…………………………………………………….……….…49

2.3.7. Випрямляючі прилади (амперметри і вольтметри)……………...…50

2.3.8. Загальні відомості про електронні вимірювальні прилади………..52

2.3.9. Загальні поняття про цифрові вимірювальні прилади. Цифровий вольтметр…………………………………………………………………….……53

Перетворювачі струмів і напруг

2.4.1. Загальні відомості про перетворювачі струмів і напруг……….…..58

2.4.2. Призначення, конструкція, схеми ввімкнення та застосування шунтів……………………………………………………………………………...58

2.4.3. Додаткові резистори, їх призначення, ввімкнення та

застосування………………………………………………………………….60

2.4.4. Загальні поняття про вимірювальні трансформатори…………..…..61

2.4.5. Вимірювальні трансформатори струму……….……………………62

2.4.6. Вимірювальні трансформатори напруги………………………..….66

Розділ 3. Електричні вимірювальні кола

Електричні вимірювальні кола

3.1.1. Загальні поняття про електричні вимірювальні кола….…….……..69

3.1.2. Основні рівняння і властивості вимірювальних

перетворювачів……………………………………………………………...69

3.1.3.Вимірювальне коло як перетворювач…………………………….....73

Розділ 4. Вимірювання електричних і магнітних величин

Вимірювання струмів і напруг

4.1.1. Методичні похибки…………………...…………………….…….…..76

4.1.2. Методи вимірювання постійних струмів і напруг……………...….77

4.1.3.Основи компенсаційного методу вимірювання………...................82

4.1.4. Застосування потенціометрів……………………………….….….….84

4.1.5. Параметри змінних сигналів……………………………….…….…...87

4.1.6. Вимірювання змінних струмів і напруг………………………..…….88

4.1.7. Особливості вимірювання струмів і напруг підвищеної та високої частоти……………………………………………………………………………..90

Вимірювання опорів, індуктивностей та ємностей

4.2.1. Вимірювання електричних опорів…………………………….……..94 4.2.1.1. Загальні відомості про вимірювання опорів……………….….…..94

4.2.1.2. Вимірювання малих опорів………………………………….……..94

4.2.1.3.Вимірювання великих опорів……………………………….……....96

4.2.1.4. Метод амперметра і вольтметра…………………………….……...97

4.2.2. Прилади безпосередньої оцінки електричного опору……….……...99

4.2.3. Метод одного вольтметра…...…………………………………..…...104

4.2.4. Вимірювання ємності та індуктивності………………………….…105

4.2.4.1. Схеми заміщення реальних конденсаторів і котушок

індуктивності…………………………………………………………….….105

4.2.4.2. Мости для вимірювання параметрів конденсатора………...........106

4.2.4.3. Мости для вимірювання параметрів котушок індуктивності…..107

4.2.4.4. Вимірювання індуктивності і ємності методом амперметра і вольтметра………………………….…………………………………………….109

Вимірювання потужності

4.3.1. Загальні відомості про вимірювання потужності……………….....111

4.3.2. Вимірювання потужності в колах постійного струму……..…..….111

4.3.3. Вимірювання потужності однофазного змінного струму………...114

4.3.4. Вимірювання потужності трифазного змінного струму. Метод одного приладу, трьох приладів. Трифазні ватметри…………………….…...116

4.3.5. Вимірювання реактивної потужності…………………………....…119

Вимірювання енергії

4.4.1. Загальні відомості про вимірювання енергії .……………………….….123

4.4.2. Будова і принцип дії лічильника електричної енергії індукційної системи…………………………………………………………………………....123

4.4.3.Похибка вимірювання………………………………………..….………..128

4.4.4. Вимірювання активної енергії у трифазній мережі. Схеми ввімкнення двохелементних і трьохелементних лічильників…………...............................129

4.4.5. Вимірювання реактивної енергії в трифазній мережі…………………..131

4.4.6. Вимірювання електричної енергії електронними лічильниками……...132

Вимірювання частоти та фазового зсуву

4.5.1. Загальні відомості про вимірювання часу і частоти……………………136

4.5.2. Еталони часу і частоти……………………………………………………137

4.5.3. Аналогові методи вимірювання частоти…………………………...........138

4.5.3.1. Електромеханічні частотоміри…………………………………………138

4.5.3.2. Вимірювальний перетворювач частоти в струм (напругу)…………..139

4.5.3.3. Резонансний метод вимірювання частоти……………………………..139

4.5.4. Загальні відомості про вимірювання фазового зсуву………….….…….140

4.5.5. Електромеханічні фазометри………………………………………….….140

4.5.6. Електронний фазометр…………………………………………………....141

4.5.7. Вимірювання частоти і зсуву фаз за допомогою осцилографа………..143

Вимірювання магнітних величин

4.6.1.Загальні відомості про вимірювання магнітних величин..…….…….…146

4.6.2. Вимірювання магнітного потоку в сталому магнітному полі….……....146

4.6.3. Вимірювання магнітної індукції і напруженості магнітного

поля………………………………………………………………………………..149

4.6.3.1. Індукційно-імпульсний метод…………………………………………..149

4.6.3.2. Визначення магнітної індукції з використанням ефекту

Холла.......................................................................................................................150

4.6.4. Випробування феромагнітних матеріалів………………………………..151

Розділ 5. Вимірювання неелектричних величин

Вимірювання неелектричних величин

5.1.1. Загальні відомості про вимірювання неелектричних величин………....158

5.1.2. Узагальнена структурна схему засобу вимірювання неелектричних величин…………………………………………………………………………....159

5.1.3.Класифікація вимірювальних перетворювачів………………….…….....159

5.1.4. Вимірювальні перетворювачі неелектричних величин……….………...161

Розділ 6. Вимірювально-інформаційні системи

Вимірювально-інформаційні системи

6.1.1. Загальні відомості про вимірювально-інформаційні системи………….170

6.1.2. Автоматизація вимірювального процесу.……………………….……….174

6.1.3. Автоматичний контроль………………… ………………………..............174

6.1.4.Основні компоненти структур автоматичних засобів вимірювань і контролю…………………………………………………………………………..176 Література…………………………………………………………...………....179

ВСТУП

Роль вимірювань у сучасній науці і техніці

Будь-яка галузь сучасного виробництва є неможливою без застосування та розвитку вимірювальної техніки. Сучасні технологічні процеси здійснюються із застосуванням різного електричного обладнання. Нормальне функціонування підприємства є неможливим без застосування електровимірювальних приладів. Покази цих приладів у багатьох випадках є єдиною основою для прийняття правильних рішень або керуючих дій, які необхідні для підтримання безперервної роботи всього комплексу виробничого устаткування. Велике значення електровимірювальної техніки у різноманітних лабораторних та науково-дослідних роботах.

У більшості автоматичних пристроїв є вимірювальна ланка, роль якої виконує одна з тих електричних схем, які вже давно застосовуються в електровимірювальній техніці. Часто вимірювальною ланкою є просто електровимірювальний прилад з деякими конструктивними доповненнями.

 

Тема 1.1. Основи метрології

Еталони

Еталони займають особливе (найвище) місце серед мір.

Еталон одиниці – засіб вимірювання (або комплекс засобів вимірювань), який забезпечує відтворення і збереження одиниці з метою передачі її розміру нижчестоячим за повірочною схемою засобам вимірювання, виконаний за особливою специфікацією і офіційно затверджений як еталон.

Еталонвідтворює одиницю вимірювання з найвищою точністю – метрологічною.

Метрологічна точність – найвища точність, яка досягається сучасним станом вимірювальної техніки.

Зразкові міри і прилади мають встановлену, але меншу ніж метрологічна точність.

Первинні еталони

Якщо еталон відтворює одиницю з найвищою в країні точністю, він називається первинним. Первинні еталони основних одиниць відтворюють одиницю відповідно до її визначення.

Спеціальний еталон відтворює одиницю в особливих умовах і замінює в цих умовах первинний еталон. Наприклад, Державний спеціальний еталон одиниці напруги змінного струму в діапазоні частот 100…1500 МГц, який замінює в цьому діапазоні первинний еталон.

Первинний або спеціальний еталон, офіційно затверджений як вихідний для країни, називається державним. На кожний з них затверджується державний стандарт (ДСТ).

Вторинні еталони

У вимірювальній практиці широко використовують вторинні еталони – це еталони, значення яких встановлюються за первинними еталонами. Вторинні еталони є частиною підлеглих засобів зберігання одиниць і передачі їх розміру. Вони створюються і затверджуються в тих випадках, коли це необхідно для організації повірочних робіт та для забезпечення збереження і якнайменшого зносу державного еталону.

За своїм метрологічним призначенням вторинні еталони поділяються на еталони-свідки, еталони порівняння, еталони-копії, робочі еталони.

Еталон-свідок – вторинний еталон, призначений для перевірки збереження державного еталона і для його заміни у разі втрати або псування. Еталон-свідок застосовується лише тоді, коли державний еталон є невідтворним.

Еталон порівняння – вторинний еталон, вживаний для звірення еталонів, які із тих або інших причин не можуть бути безпосередньо звірені один з одним.

Еталон - копія – вторинний еталон, призначений для передачі розмірів одиниць робочим еталонам. Він не завжди є фізичною копією державного еталона.

Робочий еталон – вторинний еталон, вживаний для передачі розміру одиниці зразковим засобам вимірювання вищої точності і в окремих випадках – найточнішим робочим засобам вимірювання.

Державні еталони зберігаються в метрологічних інститутах країни. Для проведення робіт з державними еталонами призначаються особливі відповідальні особи – учені хранителі еталонів. Вторинні еталони використовуються в метрологічних інститутах та інших крупних органах Державної метрологічної служби.

Окрім національних еталонів одиниць фізичних величин, існують міжнародні еталони, які зберігаються в Міжнародному бюро мір та ваг. Програмою діяльності Міжнародного бюро передбачені систематичні звіряння національних еталонів найбільших метрологічних лабораторій різних країн з міжнародними еталонами і між собою. Електричні еталони (вольта і ома) звіряються раз в три роки.

Найвищу точність мають еталони часу і частоти. Державний еталон частоти і часу відтворює одиницю з відносною похибкою близько 10-13.

Міжнародне бюро мір і ваг (фр. Bureau international des poids et mesures) - міжнародна організація із визначення стандартів, одна з трьох заснованих у 1875 внаслідок прийняття метричної конвенції з метою затвердження і підтримки міжнародної системи одиниць.

Міжнародне бюро мір і ваг було створене 20 травня 1875 як результат підписання метричної конвенції - угоди між 51 країнами. Воно розташоване в Павільйоні де Бретей в Севрі, Франція і має екстериторіальний статус.

Міжнародне бюро мір і ваг виконує функцію підтримування однакових значень одиниць СІ в усьому світі. Воно здійснює це через низку консультативних комітетів, членами яких є метрологічні лабораторії держав, членів метричної конвенції, та через власні лабораторії.

Бюро виконує дослідження в області вимірювань, організує порівняння національних стандартів і проводить відповідні калібровки. Зокрема, Бюро проводить роботу з визначення стандарту точного часу: UTC.

Види вимірювань

Залежно від способу одержання результату вимірювання класифікують за видами на прямі, непрямі, сукупні і сумісні.

 
 

 

 


Рис. 1

1) Прямим вимірюванням називають вимірювання, при якому числове значення фізичної величини знаходять за допомогою приладів. Наприклад, вимірювання напруги вольтметром.

2) Вимірювання, при якому шукане значення фізичної величини обчислюють за формулою називають непрямим вимірюванням. Непрямі вимірювання також характерні для електрорадіовимірювань. Наприклад, визначення потужності розсіювання резистора за виміряними значеннями струму і напруги або резонансної частоти контура за наслідками прямих вимірювань ємності та індуктивності контура, визначення опору за формулою , після прямих вимірювань напруги і струму.

3) При сукупних вимірюваннях одночасно вимірюють декілька однойменних величин, а їх шукані значення знаходять рішенням системи рівнянь, отриманих при прямих вимірюваннях різних сполучень цих величин. Наприклад, вимірювання, при яких розміри ємностей набору конденсаторів знаходять за відомим значенням ємності одного конденсатора і за наслідками прямих порівнянь розмірів ємностей різних сполучень конденсаторів.

4) Сумісні вимірювання полягають в одночасному вимірюванні двох або кількох неоднойменних величин для знаходження залежності між ними. Прикладом сумісних вимірювань може служити визначення залежності опору провідника від температури ( ).

Методи вимірювань

Вимірювання класифікують за методами, що використовуються.

Метод вимірювання – це спосіб експериментального визначення значення фізичної величини, тобто сукупність використаних при вимірюваннях фізичних явищ і засобів вимірювань.

 

 
 

 

 


 

 

 

Рис. 2

 

Як видно з схеми, методи вимірювання поділяються на метод безпосередньої оцінки і метод порівняння з мірою.

 

1) Метод безпосередньої оцінки – полягає у визначенні значення фізичної величини за відліковим пристроєм вимірювального приладу прямої дії, вимірювання напруги вольтметром. Цей метод є найпоширенішим, але його точність залежить від точності вимірювального приладу.

2) При методі порівняння з мірою величина, що вимірюється, порівнюється з величиною, відтвореною мірою. Точність методу порівняння з мірою може бути вищою, ніж точність методу безпосередньої оцінки, але при цьому ускладнюється процес вимірювання.

Розрізняють наступні різновиди методу порівняння з мірою:

а) диференціальний метод – на вимірювальний прилад впливає різниця вимірюваної величини і відомої величини, відтвореної мірою (вимірювання електричного опору неврівноваженим мостом).

б) нульовий метод – результуючий ефект дії величин на прилад порівняння доводиться до нуля (вимірювання електричного опору врівноваженим мостом).

в) метод заміщення – величина, що вимірюється заміщається відомою величиною, відтвореною мірою (вимірювання електричного опору з почерговим включенням опору який вимірюється та регульованого зразкового опору в одне і теж саме плече моста).

Вказані методи визначають принципи побудови засобів вимірювання.

Питання для самоконтролю

1. Як класифікують засоби вимірювань?

2. Яке призначення еталона?

3. Як класифікують еталони?

4. Як класифікують вимірювання (за видами, за методами)?

5. Як класифікують похибки вимірювання?

За причиною

Виникнення

 

За способом

Вираження

 

За залежністю від

Вимірюваної величи-

ни

 

За характером зміни

 

За умовами

Вимірювання

За режимом

Вимірювання

 

 

Рис. 1

Питання для самоконтролю

1. Що таке похибка вимірювання? Істинне значення величини?

2. Як класифікують похибки? Як класифікують похибки за способом вираження?

3. Яка похибка служить для оцінки точності самих приладів?

4. Які причини виникнення систематичних похибок? Як зменшити систематичну похибку?

5. Що називають випадковою похибкою? Як її зменшити?

6. Що таке основна і додаткова похибки?

7. Коли мають місце статичні і динамічні похибки?

8. Чому необхідно розмежовувати похибки вимірювань і похибки засобів вимірювань?

 

Задача 1. Визначити абсолютну, відносну і зведену похибку, якщо номінальне значення шкали вольтметра 50 В, його показ 26 В, а істинне значення напруги, що вимірюється, 25,8 В.Доякого класу точності слід віднести даний прилад?

Задача 2. У резисторі, істинне значення якого 8 Ом, проходить струм 2,4 А. При вимірюванні напруги на цьому резисторі вольтметр показав 19,3В. Визначити абсолютну, відносну і зведену похибки вимірювання, якщо Uн=30 В.

 

 

Розділ 2. Засоби електричних вимірювань

Міри електричних величин

Міри електричного опору

Зразкові та робочі міри електричного опору виконуються у вигляді котушок опору. Номінальний опір зразкової котушки має задовольняти таку умову:

R = 10n, де n – ціле число.

Мінімальний опір 10-5Ом, максимальний – 1010 Ом.

Матеріалом обмотки зразкових котушок є манганін (у вигляді дроту чи стрічки).

 

Манганін – це сплав Cu (84%), Ni (4%), Mn (12 %).

Зразковим котушкам відповідно до стандарту надають один з класів точності:

0,0005; 0,001; 0,002; 0,005; 0,01; 0,02 .

Число, що визначає клас точності котушки позначає найбільшу допустиму відносну похибку, виражену у відсотках.

Конструктивно котушка складається з металевого чи фарфорового каркасу, на який намотується обмотка, кінці якої приєднуються до затискачів для підвищення струму, та до затискачів для вимірювання напруги (для котушок з номінальним опором 1000 Ом і менше) (рис. 2, рис. 4). Каркас котушки кріпиться до корпусу з отворами для кращого охолодження. Деколи каркас заповнюється трансформаторним маслом.

В котушках, які призначені для роботи на постійному струмі намотка проводиться біфілярно, тобто відрізок дроту необхідної довжини складається вдвоє і тоді намотується на каркас (рис. 3).


 

Рис. 3 Рис. 4 Рис. 5

При такому способі намотки котушка практично не створює магнітного поля, тобто L = 0. Поряд з цим котушка матиме значну ємність. Для зменшення ємності обмотку розділяють на секції і з’єднують послідовно). У котушках з опором менше 1 Ом обмотка виконується з манганінової стрічки (без каркаса).

 


Рис. 6 Рис. 7

Еквівалентна схема вимірювальної котушки опору має вигляд зображений на рисунку 5.

Ступінь без реактивності котушки характеризується сталою часу:

τ = (або τ = )

Затискачі і витки обмотки по відношенню один до одного і до корпусу створюють малі часткові ємності ( в сумі С0).

Чим менше τ , тим якісніша котушка. Для зменшення сталої часу τ застосовують біфілярні обмотки.

Магазини опорів – це набори різних котушок опорів, змонтованих а одному корпусі.

Котушки опорів, що використовуються в магазинах за конструкцією простіші за зразкові, і тому мають меншу точність.

У багатьох випадках магазинами опорів користуються не як мірами, а як реостатами (для регулювання стуму чи напруги).

Залежно від конструкції перемикаючого пристрою розрізняють магазини опорів з штепсельними та важільними контактами (рис.6, рис. 7).

Магазини опорів поділяють на класи:

0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5 і 1,0.

Міри ємності

Зразковими і робочими мірами ємності є конденсатори постійної або змінної ємності.

Повітряні конденсатори виготовляють як змінної, так і постійної ємності. Конденсатори змінної ємності за своєю будовою подібні загальновідомих конденсаторів змінної ємності, але виконані більш точно.

Зразкові конденсатори постійної ємності з повітряним діелектриком не більше 0,01 мкФ ( через великі габарити). Максимальна ємність повітряних конденсаторів змінної ємності не більше 1100 nФ.

Поряд з повітряними широко застосовують слюдяні конденсатори, які складаються з тонких металевих пластин з слюдяними прошарками. Слюдяні конденсатори трохи гірші за повітряні через діелектричні втрати в слюді.

Слюдяні конденсатори комплектуються в магазини ємностей або застосовуються у вигляді окремих екземплярів із значеннями від 0,01 до 1 мкФ. В магазинах ємностей здійснюється паралельне з’єднання конденсаторів. Вимірювальні конденсатори є точними мірами електричної ємності. Похибки їх не перевищують 0,1% від номінального значення ємності. Залежно від конструкції перемикача розрізняють магазини ємностей штепсельного і важільного типів.

 

Міри індуктивності

Як міри індуктивності застосовують вимірювальні котушки індуктивності, котушки взаємної індуктивності, варіометри та магазини індуктивностей. Котушка індуктивності виконана із мідного ізольованого дроту, що намотаний на фарфоровий каркас.

Котушки виконуються з номінальними значеннями:

0,0001; 0,001; 0,01;0,1; 1 і 10 Гн.

Котушки взаємоіндуктивності загальним конструктивним оформленням подібні до котушок індуктивності, але мають дві електрично ізольовані обмотки з коефіцієнтом взаємодії між ними від 0,001 до 0,1 Гн.

Вимірювальні варіометри є мірами пониженої точності, але дуже зручні в застосуванні, оскільки дають можливість плавно змінювати в широких межах індуктивність і взаємну індуктивність. Варіометр складається з двох котушок, взаємне розміщення яких можна змінювати.

Магазин індуктивності. Подібно до магазинів опорів, магазин індуктивності складається із набору котушок індуктивності, що створюють одну чи кілька декад. Особливість схеми магазинів індуктивності полягає в тому, що при зміні включеної індуктивності активний опір магазину не змінюється ( в магазині передбачені котушки опору, які заміщують активний опір котушок індуктивності, що вимикається).

 

Загальні відомості

Вимірювальний прилад – засіб вимірювання, призначений для вироблення сигналів вимірювальної інформації у формі, доступній для безпосереднього сприймання спостерігачем.

Аналоговими вимірювальними приладаминазивають прилади, покази яких є неперервною функцією змін вимірюваної величини.

Електромеханічний прилад складається з вимірювального кола (схеми), вимірювального механізму і додаткових елементів.

 

Вимірювальна схема Y Вимірювальний механізм

X


Вимірювальною схемою (колом)
називають сукупність активних і реактивних опорів, які служать для перетворення вимірювальної величини (напруги, струму, потужності, опору та ін.) у струм або напругу, що підводиться до вимірювального механізму.

Аналоговий вимірювальний прилад– це показуючий прилад, який дозволяє відлік показів. Для цього у всіх аналогових електровимірювальних приладів є відліковий пристрій, який складається з шкали і вказівника.

Вказівник відлікового пристрою жорстко зв’язаний з рухомою частиною вимірювального механізму, який здійснює перетворення вимірюваної величини в кутове переміщення рухомої частини (і як наслідок в переміщення вказівника).

Для переміщення рухомої частини необхідно, щоб на неї діяв обертальний момент. Якщо на рухому частину ніякі інші сили не діють, то вона відхиляється на стільки, скільки допускає конструкція. Відхилення буде максимальним незалежно від величини обертального моменту.

Щоб кожному значенню обертального моменту відповідало своє відхилення рухомої частини, необхідний протидіючий момент, направлений назустріч обертальному і зростаючий у міру збільшення кута повороту. Звичайно такий протидіючий момент створюється однією або двома спіральними пружинами, які при повороті рухомої частини закручуються (або розкручуються).

Часто протидіючий момент створюється пружними розтяжками, на яких підвішується рухома частина.

Наявність рухомої частини у вимірювальних механізмах викликає необхідність в спеціальних опорних пристроях, що створюють можливо менший момент тертя.

Момент тертя відсутній в приладах, в яких рухома частина укріплена на розтяжках.

В процесі руху до положення рівноваги рухома частина, накопивши деяку кінетичну енергію, за інерцією проходить це положення, а потім починає скоювати коливання. Якщо не вживати спеціальних заходів, час, необхідний для встановлення відхилення, стає неприпустимо великим. Для зменшення часу заспокоєння використовуються спеціальні пристрої – заспокоювачі.

Таким чином, незалежно від призначення аналогового електровимірювального приладу і від різновиду застосовуваного в ньому вимірювального механізму будь-який прилад містить спільні для всіх аналогових приладів вузли і елементи.

Це – відліковий пристрій, пристрої для створення протидіючого і заспокійливого моментів, опорний пристрій.

Крім того, загальними для всіх аналогових приладів є і технічні вимоги, які визначаються згідно ДСТУ.

Д/з C.р. №4 ( Маліновський ст. 60 – 64).

Відлікові пристрої

Відліковий пристрій засобу вимірювання обов’язково має шкалу нанесену на

циферблат приладу і вказівник.

Рис. 1

На шкали відлікового пристрою наносяться відмітки у вигляді коротких ліній, інтервал між якими називають поділкою шкали. Відмітки шкали, забезпечені числами, які називають числовими відмітками шкали. Шкали можуть бути рівномірними або нерівномірними. Якнайменше значення величини, що вимірюється, вказане на шкалі, називають початковим значенням шкали, найбільше – кінцевим.

Діапазон показів визначають за початковим і кінцевим значеннями шкали. Під діапазоном вимірювань розуміють область значень величини, для якої нормовані допустимі похибки засобу вимірювань.

При рівномірних шкалах звичайно діапазон показів і діапазон вимірювань збігаються. Нерівномірні шкали використовуються в приладах певного цільового призначення. На рис. 1 зображена шкала нерівномірного типу для вольтметра. Вольтметр з шкалою такого типу зручно застосовувати в пристроях, в яких можливі викиди напруги. В стаціонарному режимі вимірювана напруга невелика і вимірюється з високою точністю, оскільки початкова частина шкали розтягнута.
В приладах з нерівномірною шкалою діапазон показів не співпадає з діапазоном вимірювань. Для визначення діапазону вимірювань на шкалі звичайно ставлять крапки. Якщо найбільше значення діапазону вимірювань і діапазону показів співпадають, крапка ставиться тільки в початковій частині шкали, як показано на рис.1 (крапка на відмітці “5”).

Механічний покажчик приладу є стрілкою, кінець якої виконаний у формі що полегшує відлік показів. Залежно від форми вказівної частини, стрілки поділяють на клиновидні, ножеві та стержньові.

В лабораторних приладах підвищених класів точності застосовують відліковий пристрій з дзеркальною шкалою. На циферблаті (рис. 2) під шкалою встановлюється дзеркало 2. При відліку оператор суміщає стрілку 3 з її зображенням в дзеркалі. При цьому лінія спостереження складає з площиною дзеркала кут 90˚ що усуває похибку відліку, пов’язану з паралаксом.

 

Рис. 2

В приладах з світловим покажчиком на рухомій частині встановлюється дзеркальце. Промінь світла від мініатюрної лампи розжарювання відбивається від нього і утворює на матовому склі світлову відмітку. При повороті рухомої частини повертається дзеркало, змінюється кут віддзеркалення променя і положення світлової плями щодо шкали.

 

 

Опорний пристрій

При кріплені рухомої частини на осі використовуються опори (рис. 4). Вісь рухомої частини закінчується загостреним сталевим стержнем із спеціального сплаву - керном 1 (діаметр – 0,5 ÷ 0,75мм, довжина - 3 ÷ 7мм). Кінець керна закруглений і відполірований. Керн спирається на підп’ятник 2, виконаний з твердих матеріалів (агату або корунду). Підп’ятник закріплений в металевій оправі 3, яка з’єднується з нерухомою частиною за допомогою різьби.

Рис. 4

Заспокоювачі

Рухома частина і вказівник відлікового пристрою займають цілком визначне положення, що відповідає значенню вимірюваної величини лише тоді, коли обертальний момент дорівнює моменту протидіючому. При будь – якій зміні вимірюваної величини змінюється обертальний момент і порушується рівність обертального і протидіючого моментів. Рухома частина під дією різниці цих

 

Рис. 5 Рис. 6

моментів почне переміщатися в той чи інший бік доти, поки знову не зрівноважаться значення обертального і протидіючого моментів.

Час необхідний для зрівноваження обертального і протидіючого моментів називають часом заспокоєння рухомої частини приладу.

Пристрої для створення заспокійливого моменту мають різні принципи дії:

1. Повітряний заспокоювач (Рис. 5, а) складається із закритої камери 1, усередині якої переміщається легке алюмінієве крило 2, закріплене на осі рухомої частини механізму 3. Заспокійливий момент виникає завдяки тому, що повітря проходить через вузький зазор між стінками камери і крилом.

2. Рідинний заспокоювач (Рис. 5, б) заснований на використані спеціальної маловисихаючої кремнійорганічної рідини 3, яка находиться в зазорі 0,1…0,15 мм між двома дисками 1 і 2. Заспокійливий момент виникає при повороті одного диска щодо іншого унаслідок тертя між різними шарами рідини. Рідинний заспокоювач застосовують головним чином, в приладах, в яких рухома частина кріпиться на розтяжках.

3. Магнітоіндукційний заспокоювач (Рис.6) заснований на використанні вихрових струмів в алюмінієвому крилі 2, які виникають при його переміщенні в полі постійного магніту 1. Магнітоіндукційний заспокоювач простіший за повітряний і більш зручний регулювання заспокійливого моменту, але його можливо використовувати в приладах, де постійний магніт не чинить суттєвого впливу на роботу вимірювального механізму.

 

 

Умовні позначення приладів

Таблиця 1

Назва Умовне позначення
Прилад магнітоелектричний з рухомою рамкою

© 2013 wikipage.com.ua - Дякуємо за посилання на wikipage.com.ua | Контакти