close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

код для вставкиСкачать
1
Раздел 2. Электротехнические устройства
Тема 2.1. Электрические измерения и приборы
2.1.1. Сущность и значение электрических измерений
В любой области знаний измерения имеют исключительно большое значение, но
особенно важны они в электротехнике.
Механические, тепловые и световые явления человек воспринимает при помощи
своих органов чувств и может приблизительно оценить размеры предметов,
скорость их движения, яркость светящихся тел.
Но мы с вами совершенно одинаково реагируем на проводник, ток которого
равен 10 мА или 1 А (т.е. в 100 раз больше).
Мы видим форму проводника, его цвет, но наши органы чувств не позволяют
оценить силу тока. Также мы не ощущаем влияния магнитного поля, созданного
катушкой, электрического поля между обкладками конденсатора. Медицина
установила определенное влияние электрических и магнитных полей на организм
человека, но это влияние мы не ощущаем и величину электромагнитного поля
оценить не можем. Исключение составляют только очень сильные поля. Но и здесь
неприятное покалывание, которое можно заметить, гуляя около высоковольтной
линии передачи, не позволит нам даже приблизительно оценить величину
электрического напряжения в линии.
Все это заставило физиков и инженеров с первых шагов исследования и
применения электричества пользоваться электроизмерительными приборами.
Для
измерения
электрических
и
магнитных
величин
служат
электроизмерительные приборы: амперметры, вольтметры, гальванометры и другие,
а также их комбинации. Процесс измерения заключается в сравнении определяемой
физической величины с ее значением, принятым за единицу.
Измерение одной величины можно заменить измерением другой величины, с ней
связанной. Как правило, всякое измерение в конечном счете сводят к определению
перемещения стрелки или светового пятна по шкале.
Измерительная аппаратура подразделяется на приборы и эталоны.
Измерительные приборы обладают высокой точностью и надежностью,
возможностью автоматизации процесса получения данных и передачи их на дальние
расстояния, простотой ввода результатов в электрические вычислительные
устройства и т.д. Поэтому они широко используются в системах ручного или автоматического контроля и поддержания на заданном уровне параметров
промышленных установок и технологических процессов.
С помощью измерительных устройств контролируется качество и количество
выпускаемой продукции, соответствие ее характеристик установленным нормам.
Разработаны и применяются электрические измерители влажности, температуры,
давления и т.д.
Первостепенную роль электрические измерения играют в научных
исследованиях.
2.1.2. ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ. ПОГРЕШНОСТИ
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
Существует два основных метода электрических
непосредственной оценки и метод сравнения.
измерений:
метод
2
При методе непосредственной оценки измеряемую величину отсчитывают непосредственно по шкале прибора. При этом шкалу измерительного прибора
предварительно градуируют по эталонному прибору в единицах измеряемой
величины. Как правило, такая градуировка производится на заводе при
изготовлении прибора. Достоинствами этого метода являются удобство отсчета
показаний и малые затраты времени на измерение. Метод непосредственной оценки
широко применяется в различных областях техники для контроля и регулирования
технологических процессов, в полевых условиях, на подвижных объектах и т.д.
Недостаток метода — сравнительно невысокая точность измерений.
При методе сравнения измеряемую величину сравнивают непосредственно с
эталоном, образцовой или рабочей мерой. В этом случае точность измерений
может быть значительно повышена. Метод сравнения используется главным
образом в лабораторных условиях, он требует сложной аппаратуры, высокой
квалификации операторов и значительных затрат времени. В последнее время
аппаратура сравнения все более автоматизируется.
Электроизмерительные приборы непосредственной оценки позволяют
отсчитать числовое значение измеряемой величины на шкале или цифровом
устройстве прибора.
При измерении непрерывной величины неизбежна некоторая погрешность Δ —
разница между измеренным АИЗ и действительным А значениями измеряемой
величины:
Δ=Аиз-А
(2.1.1)
Эту разницу называют абсолютной погрешностью измерения. Она определяется
систематическими и случайными погрешностями прибора, а также ошибками
оператора.
Для более полной характеристики измерений вводят понятие относительной
погрешности измерения δ, %:
(2.1.2)
Величины Δ и δ характеризуют точность измерения. Во многих случаях
возникает необходимость охарактеризовать точность прибора. Для этой цели вводят
понятие приведенной погрешности измерения γ, %:
(2.1.3)
где Аmax — максимальное значение шкалы прибора, т. е. предельное значение
измеряемой величины.
Наибольшая приведенная погрешность определяет класс точности прибора.
Если, например, класс точности амперметра равен 1,5, то это значит, что
наибольшая приведенная погрешность γ = ±1,5 %.
Различают основную и дополнительную погрешности. Основная погрешность
возникает при нормальных условиях работы, указанных в паспорте прибора и
условными знаками на шкале. Дополнительные погрешности возникают при
эксплуатации прибора в условиях, отличных от нормальных (повышенная
температура окружающей среды, сильные внешние магнитные поля, неправильная установка прибора и т.д.).
3
Пример 6.1. Определить погрешность при изменении тока амперметром на 30 А
класса точности 1,5, если он показал 10 А.
Р е ш е н и е.
Возможна наибольшая абсолютная погрешность прибора
ΔI = (1,5/100) *30 = 0,45%
Следовательно, истинное значение тока находится в пределах 9,55 … 10,45 А.
Относительная погрешность измерения
δI = (0,45/10) *100 = 4,5%
6.3. КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
Измерение — это нахождение значения физической величины опытным путем с
помощью специальных технических средств.
Технические средства электрических измерений, предназначенные для
выработки сигналов измерительной информации, которые функционально связаны
с измеряемыми физическими величинами в форме, доступной для
непосредственного
восприятия
наблюдателем,
называются
электроизмерительными приборами.
Все приборы классифицируются по различным признакам.
1. По виду измеряемой величины, когда классификация производится по
наименованию единицы измеряемой величины. На шкале прибора пишут полное
его наименование или начальную латинскую букву единицы измеряемой величины,
например: амперметр — A, вольтметр — V, ваттметр — W и т.д.
2. По физическому принципу действия измерительного механизма прибора.
Такая классификация определяется способом преобразования электрической
величины в механическое действие подвижной части прибора.
В ряде приборов используют преобразовательные устройства в комплекте с
обычным измерительным механизмом. Например, для измерения переменного тока
магнитоэлектрическим прибором используют выпрямитель с полупроводниковым
элементом.
3. По роду тока. Эта классификация позволяет определить, в цепях какого тока
можно применять данный прибор. Это обозначают условными знаками на шкале.
На приборах переменного тока указывают номинальное значение частоты или
диапазон частот, при которых их применяют, например: 20... 50... 120 Гц; при этом
подчеркнутое значение является номинальным для данного прибора.
Если на приборе не указан диапазон рабочих частот, то он предназначен для
работы в установках с частотой 50 Гц.
4. По классу точности. Класс точности прибора обозначают цифрой, равной
допускаемой приведенной погрешности, которая выражена в процентах.
Выпускают приборы следующих классов точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5;
4,0. Для счетчиков активной энергии шкала классов точности несколько другая: 0,5;
1,0; 2,0; 2,5. Цифра, обозначающая класс точности, указывается на шкале прибора.
Класс точности прибора определяет основную погрешность прибора, которая
обусловлена его конструкцией, технологией изготовления и имеет место при
нормальных условиях эксплуатации (температура, влажность, отсутствие внешних
электрического и магнитного полей и вибрации, правильная установка и т.д.).
5. По типу отсчетного устройства. Отсчетное устройство прибора состоит из
4
шкалы и указателя. Шкалы могут быть или проградуированные в единицах
измеряемой величины (их применяют в однодиапозонных приборах), или условные,
которые имеют 75, 100 или 150 делений (их применяют в многодиапазонных
приборах).
В качестве указателя используются стрелки или световое пятно с чертой. Во
избежание параллакса, вызываемого неправильным положением глаза наблюдателя
относительно шкалы и стрелки, шкалу дополняют зеркалом. При измерении
необходимо добиться такого положения глаза, чтобы стрелка совпадала со своим
отражением в зеркале. Такую шкалу применяют в переносных приборах с классом
точности не ниже 1,0.
6. По системе отсчета. Электроизмерительные приборы, показания которых
являются непрерывными функциями изменения измеряемых величин, называются
аналоговыми.
Измерительные
приборы, автоматически вырабатывающие
дискретные сигналы измерительной информации, показания которых представлены
в цифровой форме, называются цифровыми.
7. По способу снятия показаний. Если электроизмерительный прибор допускает
только считывание показаний, то его называют показывающим, а если он допускает
и считывание, и регистрацию (или только регистрацию) показаний, то его называют
регистрирующим. Если показания прибора можно записать в форме диаграммы, то
его называют самопишущим.
Часто применяют интегрирующие приборы, в которых значения изменяемой
величины суммируются по времени или по другой независимой переменной. Из
интегрирующих приборов всем известен счетчик электрической энергии.
8. По степени оценки. Электроизмерительные приборы подразделяются на
приборы непосредственной оценки, в которых подвижная часть измерительного
механизма реагирует на значение измеряемой величины, и приборы сравнения, в
которых измеряемая величина сравнивается с величиной, значение которой
известно. Примером приборов сравнения являются измерительные мосты и
потенциометры.
9. По способу установки. Электроизмерительные приборы подразделяются на
щитовые, предназначенные для монтажа на приборных щитах и пультах
управления, и переносные.
10. По положению при измерении. Электроизмерительные приборы
располагают по вертикали, по горизонтали или устанавливают под некоторым
углом.
11. По исполнению в зависимости от условий эксплуатации. Класс прибора
определяется пятью группами по диапазону рабочих температур и относительной
влажности. Предельные значения определяют условия хранения и перевозки
приборов.
12. По устойчивости к механическим воздействиям приборы подразделяются
на группы в зависимости от значения максимального ускорения при тряске или
вибрации (м/с2): обыкновенные с повышенной прочностью, нечувствительные к
вибрации, вибропрочные, нечувствительные к тряске, тряскопрочные и
ударопрочные.
13. По степени защиты от внешних магнитных и электрических полей приборы
подразделяются на категории 1 и 2. От воздействия внешних полей приборы
5
защищают экранированием измерительного механизма.
На шкалу электроизмерительного прибора наносят условные обозначения (табл.
2.1.1).
Таблица 2.1.1. Условные обозначения, наносимые на шкалу электроизмерительного прибора
Класс точности 1,5
Постоянный ток
Переменный (однофазный) ток
Постоянный и переменный токи
Трехфазный ток
Прибор магнитоэлектрической системы
Прибор электромагнитной системы
Прибор электродинамической системы
Прибор индукционной системы
Прибор устанавливается горизонтально;
вертикально; под углом 60°
Изоляция прибора испытана при напряжении 2 кВ
Для закрытых отапливаемых помещений
Для закрытых неотапливаемых помещений
Для полевых условий
6.4. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРАХ
Электромеханические
приборы
составляют
большую
группу
электроизмерительных
приборов.
Их
основным
частям
являются
электроизмерительная цепь и измерительный механизм.
Измерительная цепь служит для преобразования измеряемой величины х в
некоторую промежуточную электрическую величину y, функционально связанную
с величиной х, т.е. у =f(x). Электрическая величина у, например ток или
напряжение, непосредственно воздействует на измерительный механизм; ее
называют вводной величиной. Она создает механические силы, действующие на
подвижную часть измерительного механизма и вызывающие перемещение
последней (чаще всего угловое). Поэтому измерительный механизм рассматривают
как преобразователь электрической величины в механическое перемещение и
называют электромеханическим преобразователем.
Общими элементами электромеханических измерительных приборов являются
отсчетное устройство; подвижная часть измерительного механизма; устройства для
создания вращающего, противодействующего и успокаивающего моментов.
Вращающий момент МВР, действующий на подвижную часть, является
функцией измеряемой величины х (тока или напряжения): МВР =f(x).
Отсчетное устройство обязательно имеет шкалу и указатель. На шкалу
нанесены отметки в виде коротких черточек, соответствующие определенным
значениям измеряемой величины. Интервал между соседними отметками шкалы
6
называется делением. Значение измеряемой величины отсчитывается с помощью
указателя. Как правило, указатели имеют вид стрелок. В зависимости от физических явлений, положенных в основу создания вращающего момента,
различают магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические,
индукционные и электростатические измерительные механизмы, или
преобразователи.
Принцип действия прибора, возможность его работы в тех или иных условиях,
возможные предельные погрешности прибора могут быть установлены по
условным обозначения, нанесенным на циферблат прибора.
Цифровые электроизмерительные приборы
В последние годы большое распространение находят
цифровые
электроизмерительные приборы. Они измеряют значения непрерывно
изменяющейся величины в отдельные (дискретные) моменты времени и
представляют полученный результат в цифровой форме.
Основное достоинство цифровых приборов заключается в том, что результат
измерения может подвергаться дальнейшим физическим и математическим
преобразованиям без увеличения погрешности.
Использование цифровых приборов с дискретным отсчетом позволило создать
многоканальные автоматические устройства для централизованного контроля
многих параметров, характеризующих сложные технологические процессы.
Цифровые электроизмерительные приборы имеют высокие точность измерений
(погрешность от 0,1 до 1 %), быстродействие, широкие пределы измерений; легко
комплектуются с цифровыми вычислительными машинами; позволяют передавать
результаты без искажений на неограниченные расстояния.
К недостаткам этих приборов следует отнести их сравнительную сложность и
высокую стоимость.
На практике часто возникает необходимость измерения неэлектрических
величин. С этой целью широко используют электрические приборы, причем
разновидностей электрических приборов для определения неэлектрических величин
значительно больше, чем для измерения электрических.
Электроизмерительные приборы, используемые в этих целях, имеют ряд
преимуществ перед неэлектрическими. Прежде всего следует отметить их низкую
инерционность, т.е. способность быстро реагировать на изменение измеряемой
величины, широкий диапазон измерений, возможность включения в электрические
цепи, а следовательно, использования их при дистанционном и автоматическом
управлении технологическими процессами и т.д.
6.5. ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ, ТОКОВ И МОЩНОСТИ
Включение электроизмерительных приборов в электрическую цепь не должно
изменять ее параметров. Однако это невозможно, так как любой измерительный
прибор потребляет энергию, которая расходуется на приведение в движение
измерительного механизма, а также на нагрев обмоток и других токопроводящих
деталей прибора.
В цепях постоянного тока для измерения тока и напряжения чаще применяют
приборы магнитоэлектрической системы и реже — приборы электромагнитной и
электродинамической систем. Для измерения мощности и энергии в основном
7
используют электродинамические приборы.
Для измерения тока включают амперметр в цепь последовательно (рис. 6.1, а).
Чтобы он оказывал меньшее влияние на параметры цепи, сопротивление его должно
быть небольшим. При измерении токов
свыше 10 А применяют приборы с
наружным шунтом, падение напряжения на
котором составляет 75 мВ и который
присоединяется
к
амперметру
калиброванными проводами.
Рис. 6.1. Схемы включения измерительных
Для измерения напряжения на какомприборов:
либо участке цепи включают вольтметр паа — амперметра; б — вольтметра
раллельно этому участку (рис. 6.1, б). Чтобы не
произошло заметного изменения параметров цепи и увеличения тока в ее
неразветвленной части, сопротивление вольтметра должно быть большим. Чем
больше сопротивление вольтметра, тем прибор лучше. Для расширения пределов
измерения последовательно с вольтметром включают
добавочный резистор.
Для измерения мощности в цепях постоянного и
однофазного переменного токов используют ваттметры
электродинамической системы. Схема включения ваттметра
электродинамической системы представлена на рис. 6.2.
Неподвижную (амперметровую) обмотку ваттметра включают
в цепь последовательно, подвижную (вольтметровую) — Рис. 6.2. Схема включения ваттметра
параллельно потребителю. В соответствии с этим на лицевую
панель ваттметра выведено четыре зажима, два из которых обозначены символом I
(токовые зажимы), а два других — символом U(зажимы напряжения). Два зажима
помечены точками и называются генераторными.
Для получения такой схемы генераторные зажимы следует объединить и
подключить к одному и тому же проводу. Генераторные зажимы являются началами
обмоток. При правильном включении ваттметра стрелка будет отклоняться вправо.
Чтобы изменить направление отклонения стрелки, необходимо изменить направление тока в любой из обмоток ваттметра.
6.6. ШУНТЫ И ДОБАВОЧНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ
Рамка магнитоэлектрического прибора имеет катушку, выполненную из тонкого
провода, который рассчитан на очень маленький ток.
Поэтому магнитоэлектрические амперметры могут измерять силу тока величиной несколько десятков
миллиампер.
Для увеличения пределов измерения амперметров в
цепях постоянного тока применяют шунт — резистор с
очень малым сопротивлением, который включают Рис. 6.3. Схема включения
шунта
параллельно прибору (рис. 6.3).
Распределение токов в рамке амперметра 1А и шунте Iш обратно
пропорционально их сопротивлениям:
(6.4)
8
Измеряемый ток равен сумме токов:
I=IА+IШ
Из формул (6.4), (6.5) выразим ток в шунте и получим
(6.5)
(6.6)
Коэффициент п называется коэффициентом шунтирования. Он показывает, во
сколько раз нужно увеличить показания амперметра с шунтом, чтобы получить
измеряемый ток:
Если известны коэффициент шунтирования и сопротивление амперметра, то
легко найти сопротивление шунта:
Пример 4.2. Определить сопротивление шунта, который необходим, чтобы
амперметром на 1 А с сопротивлением 0,075 Ом измерить ток величиной 25 А.
Это сопротивление должно быть выдержано очень точно, иначе при измерении
возникнет большая ошибка.
Шунт представляет собой резистор с очень маленьким сопротивлением,
поэтому шунт делают в виде короткой пластинки довольно большого сечения.
Манганиновая пластинка имеет четыре зажима. Силовые зажимы служат для
подключения измеряемого тока; к потенциальным зажимам подключают
измерительный прибор. Такая конструкция уменьшает влияние переходного
сопротивления контактов на точность измерения.
Р е ш е н и е.
Определим коэффициент шунтирования:
Теперь найдем сопротивление шунта:
Если необходимо расширить пределы измерения вольтметра, то к нему
последовательно подключают добавочное сопротивление RД (рис 6.4). Оно
необходимо для того, чтобы через прибор проходил ток, не прерывающий
допустимого значения:
RД = RV(m-1)
где RV — сопротивление вольтметра; т — число,
показывающее, во сколько раз измеряемое
напряжение больше того напряжения, на которое
Рис. 6.4. Схема включения
добавочных сопротивлений
рассчитан прибор. Его определяют по формуле
где U — измеряемое напряжение, U = IV(RV+ RД); UV — напряжение, на которое
рассчитан вольтметр, UV = IVRV.
Важной характеристикой прибора является мощность, которая выделяется в
самом приборе, шунте или добавочном резисторе. Электрики называют эту
9
мощность собственным потребителем прибора. Она должна быть по возможности
малой. Иногда говорят по-другому: прибор, включенный в электрическую цепь, не
должен изменять режим ее работы.
Собственное потребление магнитоэлектрических приборов очень мало —
составляет сотые и тысячные доли ватта, поэтому в электротехнических установках
это правило всегда выполняется. Но в электронных устройствах подключение
электроизмерительного прибора может существенно изменить распределение токов
и напряжений. Тогда используют электронные вольтметры, собственное
потребление которых чрезвычайно мало.
6.7. ИЗМЕРЕНИЕ ЭНЕРГИИ. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СЧЕТЧИК
Электрический счетчик — самый распространенный электроизмерительный
прибор. Он стоит в каждой квартире, во всех учреждениях, на заводах и фабриках,
т.е. у всех потребителей электрической энергии. По своему устройству счетчик
похож на асинхронный двигатель, только магнитное поле счетчика не вращается, а
движется прямолинейно — это «бегущее» магнитное поле.
Так как счетчик должен учитывать энергию, забираемую потребителем из цепи,
число его оборотов за какой-нибудь промежуток времени
должно быть пропорциональным этой энергии, т.е.
показания, которые мы читаем на счетчике, являются
числом сделанных счетчиком оборотов или величиной,
пропорциональной этому числу.
Итак, вращающий момент двигателя должен быть
пропорционален мощности потребителя, поэтому
вращающееся
поле
счетчика
создается
двумя
Рис. 6.5. Индукционный
магнитными потоками, из которых один пропорционален
механизм:
напряжению потребителя, а другой — его току.
1 — постоянный магнит;
2, 3 —магнитопроводы;
Для этого одна из обмоток присоединяется
4 — алюминиевый диск
непосредственно к сети, а по другой пропускается ток
потребителя.
Индукционный механизм (рис. 6.5) состоит из двух неподвижных
магнитопроводов 2 и 3 с обмотками и подвижного алюминиевого диска 4,
укрепленного на оси. Магнитные потоки Ф1 и Ф2, создаваемые синусоидальными
токами I1 и I2 и пронизывающие диск, смещены в пространстве. При этих условиях
в диске образуется бегущее магнитное поле, под влиянием которого диск приходит
во вращение. Существенной деталью счетчика является постоянный магнит 1, в
поле которого вращается диск. Магнит служит для создания тормозного момента.
Так как диск вращается относительно поля постоянного магнита, в нем будет
индуцироваться ток, величина которого будет тем больше, чем больше скорость
диска. Этот ток всегда направлен таким образом, что стремится затормозить диск. В
итоге устанавливается равновесие между вращающим моментом (он пропорционален мощности потребителя) и тормозящим моментом (он пропорционален
скорости диска). Следовательно, получается прямая зависимость между
мощностью, забираемой потребителем, и скоростью диска.
Энергия равна произведению мощности на время. Точно также число оборотов,
сделанных диском, равно произведению угловой скорости на время. Значит, число
оборотов, сделанных счетчиком, прямо пропорционально энергии, получаемой
10
потребителем. Поэтому в счетчиках энергии вращающийся диск связан со счетным
механизмом — наподобие тех, которые ставятся на велосипедах для учета
пройденного пути. Цифры этого счетного механизма мы видим в окошке счетчика.
6.8. ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ
I. Косвенный метод определения сопротивлений
Метод определения сопротивлений с помощью амперметра и вольтметра является
косвенным, так как в этом случае неизвестное сопротивление Rx можно найти,
используя закон Ома, если известны ток I, протекающий через сопротивление, и
напряжение U на его зажимах:
При измерении сопротивления этим методом приборы могут быть включены
двумя способами, причем и в том, и в другом случае результаты не будут точными,
если не ввести соответствующие поправки.
Рассмотренный косвенный метод измерения сопротивлений не всегда удобен,
так как требует затрат времени на дополнительные вычисления. Кроме того, он
отличается невысокой точностью из-за влияния внутренних сопротивлений
приборов.
II. Определение сопротивлений с помощью омметра
Для измерения сопротивлений широко применяются специальные приборы —
омметры, которые представляют собой комбинацию магнитоэлектрического
миллиамперметра и специальной измерительной схемы. Принципиальная схема
омметра изображена на рис. 6.6. Резистивный элемент RX включают между клеммами а и b. При измерениях ключ К разомкнут.
Рис. 6.6. Принципиальная схема омметра:
Е — батарея гальванических элементов; И — измеритель тока
магнитоэлектрической системы; Rогр — ограничительное
сопротивление; Rх – резистивный элемент; a,b – клеммы; К – ключ.
На основании закона Ома можно записать
При постоянных значениях Е и RОГР ток I в цепи зависит только от
сопротивления RX, поэтому измеритель тока может быть отградуирован
непосредственно в единицах сопротивления — омах. Шкала прибора обратная:
нулевое деление расположено справа; по мере увеличения сопротивления RX и
уменьшения тока I стрелка прибора отклоняется влево. Сопротивление Rогр служит
для предохранения измерителя от перегрузок и установки омметра на нуль. Перед
измерением Rогр ручкой, выведенной на переднюю панель прибора, установить
стрелку измерителя на нуль. Затем ключ К следует разомкнуть. Если в схеме
прибора ключ К не предусмотрен, то при установке измерителя на нуль зажимы а и
b нужно замкнуть накоротко толстым проводом.
Показания омметров зависят от значения ЭДС источника питания, которая с
течением времени уменьшается, что является существенным недостатком этих
приборов. Для того чтобы при изменении ЭДС источника рабочее напряжение U
оставалось постоянным, омметры снабжают специальным добавочным сопротивлением, с помощью которого регулируют прибор перед измерением
11
(регулировка нуля).
III. Определение сопротивлений с помощью мегомметра
На практике чаще всего применяют омметры, показания которых не зависят от
ЭДС источника питания. Для измерения больших сопротивлений (сопротивления
изоляции электрических машин, аппаратов, приборов и электрической сети
напряжением до 1 000 В) применяются омметры с магнитоэлектрическим
логометром — мегомметры — это приборы, у которых отсутствует механическое
устройство для создания противодействующего момента. Магнитоэлектрический
логометр состоит из двух катушек, закрепленных на одной оси под углом 90° и
жестко связанных друг с другом.
В цепях переменного тока применяют логометры электромагнитной и
электродинамической систем. Логометры электромагнитной системы используют
для измерения частоты, емкости, индуктивности и других величин.
Электродинамические логометры применяют для измерения различных величин в
цепях переменного тока.
Характер повреждения обесточенной электрической сети можно выявить,
проверив отдельные линии сети с помощью мегомметра. Если провод оборван, то
мегомметр покажет очень большое сопротивление изоляции (порядка 106... 107 Ом).
При коротком замыкании линии показания мегомметра близки нулю. В нормальной
линии мегомметр фиксирует сопротивление нагрузки.
Качество изоляции характеризуется ее электрическим сопротивлением и
электрической прочностью. Для измерения сопротивления изоляции сети
применяют мегомметры с высоким напряжением (порядка 500 В и выше), что
позволяет не только измерять сопротивление изоляции, но одновременно проверять
ее электрическую прочность.
Перед проверкой изоляции сети какого-либо объекта необходимо полностью
обесточить сеть, выключить генераторы, аккумуляторы, отключить провода и
штепсельные разъемы от всех потребителей электроэнергии так, чтобы
электрическая сеть была полностью изолирована от корпуса. Конденсаторы также
нужно отключить от сети во избежание пробоя их высоким напряжением
мегомметра.
III. Определение сопротивлений мостового метода измерения
Измерительное устройство, выполненное по мостовой схеме и позволяющее
измерять электрические сопротивления методом сравнения, называется
измерительным мостом. Разновидностями мостов постоянного тока являются одинарные (четырехплечевые) и двойные (шестиплечие) мосты, как уравновешенные,
так и неуравновешенные. Мосты выполняются с ручным и
автоматическим уравновешиванием. Наиболее широкое
применение имеют одинарные уравновешенные мосты.
На рис. 6.7 представлена электрическая схема
одинарного моста постоянного тока, содержащая четыре
плеча и две диагонали. В одно плечо моста включается
объект с измеряемым сопротивлением Rx, а три других
плеча образованы резисторами с сопротивлениями R2, R3 и
6.7. Схема измерения
R4. В одну диагональ моста (между узлами а и b) Рис.
сопротивления мостовым
включается источник питания с ЭДС Е0, а в другую (узлы c методом
12
и d) — нулевой индикатор НИ, играющий в цепи моста роль указателя равновесия
моста. Когда потенциалы точек с и d моста равны между собой, ток в нулевом
индикаторе IНИ = 0. Мост в этом режиме находится в состоянии равновесия, т.е.
признаком равновесия моста является нулевое отклонение указателя НИ. При этом
справедливы соотношения I1= I2; I3= I4; RxI1= R3 I3. Разделив почленно два
последних уравнения друг на друга и учтя равенства токов, получим
откуда получим уравнение равновесия моста:
RXR4 = R2R3
Произведения сопротивлений элементов, включенных в противоположные
плечи уравновешенного моста, равны друг другу.
Добившись равновесия моста путем регулирования сопротивлений резисторов в
плечах, записывают их значения и вычисляют искомое значение сопротивления RX:
Плечо R2 называют плечом сравнения, а плечи R3 и R4 — плечами отношения.
Одинарный мост служит для измерений только средних сопротивлений, малые и
большие сопротивления измерять им не рекомендуется. Нижний предел (единицы
ом) измерения моста ограничен влиянием сопротивлений соединительных проводов
и переходных контактов, которые неизбежно включаются в плечо ас
последовательно с измеряемым объектом Rx. Верхний предел (105 Ом) измерения
моста ограничен шунтирующим действием токов утечки.
Наряду с уравновешенными мостами для измерения сопротивлений широко
применяются неуравновешенные мосты, позволяющие более быстро проводить
измерение сопротивлений (но менее точно, так как их показания зависят от
стабильности напряжения источника питания). Значение измеряемого
сопротивления в этих мостах определяют непосредственно по показаниям прибора.
В неуравновешенных мостах часто используют в качестве измерительного прибора
магнитоэлектрические логометры, позволяющие повысить точность измерения.
Уравновешивание мостов можно производить вручную или автоматически.
Автоматическое уравновешивание мостов применяют в тех случаях, когда
необходимо следить за изменением измеряемого сопротивления и управлять его
значением.
Контрольные вопросы
1. Что такое электрические измерения?
2. Перечислите системы и классы точности измерительных приборов.
3. Как включаются в электрическую цепь амперметр и вольтметр?
4. Каково назначение шунтов и добавочных резисторов?
5. Перечислите основные методы электрических измерений.
6. Перечислите основные погрешности измерительных приборов.
7. Как включаются подвижная и неподвижная обмотки ваттметра?
8. Какую мощность измеряют электродинамическим ваттметром?
9. Какую величину можно измерить с помощью логометра электромагнитной
системы?
10. Где применяются измерительные приборы?
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа