Электроизмерительных приборов

Введение

Электроизмерительные приборы

Для измерения электрических величин (силы тока, напряжения и т.д.) применяются различные электроизмерительные приборы. Электрические величины измеряются по их проявлениям и воздействиям. По принципу работы приборы разделяются на магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические и др.

На панели прибора указываются все данные о приборе:

1. Принцип действия обозначается следующими знаками:

       магнитоэлектрические приборы

    электродинамические приборы

 

Рис.1

2. приборы для постоянного тока обозначаются 

приборы для переменного тока обозначаются

приборы для постоянного и переменного тока обозначаются

3. установка прибора:

вертикально

горизонтально

под углом ( 60º)

4. класс точности прибора 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5; 4

 

Чувствительность и класс точности

электроизмерительных приборов

Под чувствительностью прибора S понимают величину, равную числу делений шкалы, на которое перемещается указатель прибора (стрелка или световой зайчик) при изменении измеряемой величины на единицу.

Чувствительность амперметра определяется соотношением

S =                                               (1)

где ΔN – число делений перемещения стрелки амперметра при изменении тока на ΔJампер.

При разбивке шкалы на деления, ширина деления выбирается в соответствии с чувствительностью.

Ценой деления С шкалы прибора называют величину, равную тому значению измеряемой величины, которое вызывает перемещение указателя прибора (стрелки или зайчика) на одно деление шкалы

Очевидно, что С выражается формулой

С =                                           (2)

Как видно из формул (1), (2), цена деления шкалы прибора обратна чувствительности прибора С =  .

Рис.2

 

Для миллиамперметра, изображенного на рис.2, чувствительность

S = 30 дел/150 мА = 0,2 мА^-1, а цена деления равна

С = 150мА/30дел = 5мА.

Точность электроизмерительного прибора определяется приведенной или допустимой погрешностью. Приведенная погрешность прибора – это отношение абсолютной погрешности, допускаемой прибором к номинальному значению измерения данным прибором.

Номинальное значение равно:

1. Для прибора с односторонней шкалой – верхнему пределу измерения; например для миллиамперметра (см.рис.2) – 150мА;

2. Для приборов с двусторонней шкалой (нуль посередине) – сумме верхних пределов измерения левой и правой сторон шкалы;

3. Для приборов с безнулевой шкалой – среднему арифметическому пределу измерения.

По ГОСТу установлено 7 классов точности электроизмерительных приборов: 0.1; 0.2; 1; 0.5; 1.5; 2.5; 4. Показатель класса равен приведенной погрешности, выраженной в процентах.

Зная класс точности прибора, можно вычислить приборную погрешность.

На рис.2 показан миллиамперметр с номинальным значением тока 150мА. Очевидно, что приборная погрешность будет

ΔJ_приб = 150мА(±0.01) = ±1.5мА.

Если стрелка миллиамперметра установилась между сотым и сто первым делениями, то J_ср = 100.5 мА и отсчет может быть записан в виде J=100.5±1.5мА. При установлении же стрелки между десятым и одиннадцатым делениями запишем

J = 10.5±1.5мА.

Относительная погрешность для каждого из этих измерений, составит 1.5/100.5=1.5% и 1.5/10.5=14%. Отсюда вывод, что работать всегда выгоднее на правой стороне шкалы прибора. При малых значениях измеряемой величины надо переключать прибор на меньшие пределы измерения (если прибор многошкальный) или брать другой более чувствительный прибор.

Приборы, которыми уже пользовались, дают точность меньшую, чем указано на шкале, поэтому при всех ответственных измерениях безусловно необходима калибровка прибора, т.е. сравнение его с эталонным.

 

АМПЕРМЕТР

Рамка гальванометра имеет тонкую проволоку, поэтому через нее нельзя пропускать сильные токи, так как ее можно пережечь. Но гальванометр можно использовать для измерения сильных токов, если включить параллельно обмотке рамки шунт r_ш – сопротивление, много меньшее сопротивления рамки. Такой прибор называется амперметром (рис.3).

Можно показать, что при сильном токе в цепи через обмотку рамки амперметра пойдет очень слабый ток. Из закона Ома следует

J_гr_г = J_шr_ш

откуда, учитывая, что J_ш = J - J_г , получаем _г = J  или

_г = J                                 (3)

r г

При r_ш<<r_г  будет  <<1 следовательно _г<<J.

Рис.3

Ток через рамку J_г, много меньше тока, проходящего через амперметр, но, как видим из формулы (3), пропорционален ему, поэтому можно отградуировать шкалу гальванометра непосредственно на значение тока, текущего через амперметр.

Амперметр включается последовательно тому участку цепи, в котором нужно измерить ток, поэтому для уменьшения потерь мощности в амперметре, т.е. для уменьшения влияния самого амперметра на ток, сопротивление амперметра r_А =  должно быть мало по сравнению с сопротивлением этого участка. В многошкальных амперметрах имеется набор шунтов, которые могут переключатся в зависимости от величины измеряемых токов. Амперметры измеряют ток свыше 1 ампера.

Амперметры, измеряющие токи меньше 1А, но не меньше одной тысячной ампера, называют миллиамперметрами (мА). Амперметры измеряющие токи меньше тысячной ампера, но не меньше миллионной называются микроамперметрами (мкА).

 

ВОЛЬТМЕТР

Гальванометр можно использовать также для измерения напряжения. В этом случае он называется вольтметром. Вольтметр включается параллельно участку цепи, на котором измеряется напряжение (рис.4)

Рис.4

Искажение измеряемого напряжения ΔU, возникающее вследствие включения вольтметра в цепь, пропорционально отношению сопротивления участка цепи R к сопротивлению вольтметра r_v

ΔU ~

При <<1 измеренное значение напряжения близко к истинному значению.

Поэтому сопротивление вольтметра должно быть большим по сравнению с сопротивлением участка цепи. Для этого последовательно обмотке рамки гальванометра, который используется в качестве вольтметра, включается большое сопротивление.