Учебное пособие «Электротехнические измерения»

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ
















ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ


Учебное пособие


















Уссурийск
2012

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ..3
Раздел 1 Общие вопросы измерений ................4
Раздел 2 Электромеханические измерительные приборы ..................7
Раздел 3 Электронные приборы12
Раздел 4 Автоматизация измерений.15

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ НА
РАСЧЕТ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ПОГРЕШНОСТИ ПРИБОРОВ..18

ЛИТЕРАТУРА .23



































ВВЕДЕНИЕ
Уровень развития электроизмерительной техники в значительной степени определят состояние технического прогресса во всех отраслях народного хозяйства.
Современный уровень развития электротехнической техники, с одной стороны характеризуется совершенствованием классических видов средств измерения, с другой – созданием новых. Массовые измерения и получение большого потока информации, обработка результатов измерения и оценка погрешности их с использованием электронных вычислительных машин осуществляется с помощью измерительных информационных систем (ИИС).
Электрические методы применяются для измерения как электрических, так и неэлектрических величин. К первым относятся ток, напряжение, сопротивление и т.д., ко вторым – давление, температура, освещенность и др.
Получили большое распространение цифровые измерительные приборы, которые отличаются высокой точностью, быстродействием.
Основными достоинствами электрических методов измерения являются высокая точность, высокая чувствительность, малое потребление энергии приборами, возможность быстро измерять протекающие процессы, выполнять измерения на больших расстояниях, выдавать результаты измерений на ЭВМ.
Умение правильно пользоваться электроизмерительной аппаратурой, различными методами измерений электротехнических величин при отладке цепей элементов ЭВМ, радиоэлектронных устройств позволяет повысить их эффективность и качество.
В методическом пособии наряду с кратким теоретическим материалом дается перечень литературы и вопросы для самоконтроля.
Систематическая учеба студентов наряду с правильным использованием материала пособия позволят успешно изучить программный материал предмета.




Раздел 1. Общие вопросы измерения.
Измерение это нахождение значений физических величин опытным путем с помощью специальных технических средств (например, с помощью электроизмерительных приборов).
В зависимости от способа получения результатов измерения делят на два вида: прямые и косвенные.
Прямыми называют измерения, при которых искомое значение физической величины определяют непосредственно по показанию прибора.
Косвенными называют измерения, при которых искомое значение физической величины находят на основании известной функциональной зависимости между этой величиной и величинами, полученными в результате прямых измерений.
В зависимости от приемов использования принципов измерении и измерительных приборов все методы измерения делятся на методы непосредственной оценки и методы сравнения.
Под методом непосредственной оценки понимают метод, при котором значение измеряемой величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора (значение тока по амперметру, значение напряжения по вольтметру и др.).
Методом сравнения называют метод, при котором измеряемая величина в измерительной цепи сравнивается с величиной, воспроизводимой мерой. Методы сравнения обеспечивают большую точность измерения, чем методы непосредственной оценки. Методы сравнения подразделяют на нулевой, дифференциальный и замещения.
Каждый электроизмерительный прибор характеризуется тем, что обозначенные на нем значения величин отличаются от истинных значений. Разность между этими значениями называется погрешностью. Классифицируются погрешности приборов по различным признакам.
По способу выражения погрешности электроизмерительных приборов делятся на абсолютные, относительные и приведенные.
Абсолютная погрешность
· это разность между показанием
прибора А и действительным значением измеряемой величины АД, т. е.
·= А-АД.
Относительная погрешность б представляет собой отношение абсолютной погрешности
· к истинному, или действительному, значению измеряемой величины АД. Обычно относительная погрешность выражается в процентах:

Приведенная погрешность
·, выраженная в процентах, есть отношение абсолютной погрешности
· к нормирующему значению An:

По характеру проявления погрешности электроизмерительных приборов делятся на систематические и случайные.
Систематическая погрешность это погрешность, остающаяся постоянной или изменяющаяся по определенному и известному закону.
Случайная погрешность это погрешность, изменяющаяся по случайному, заранее не известному закону.
В зависимости от условий эксплуатации различают основную и дополнительную погрешности электроизмерительных приборов.
Основная погрешность это погрешность прибора в нормальных условиях эксплуатации, под которыми понимаются определенные температура внешней среды, влажность, атмосферное давление и др.
Дополнительная погрешность это погрешность прибора, возникающая при отклонении условий эксплуатации.
Измерение любой физической величины сопровождается погрешностями измерения отклонениями результата измерения от истинного значения измеряемой величины. В числовом отношении погрешности измерения выражаются так же, как и погрешности электроизмерительных приборов абсолютными
·А и относительными величинами, т. е.


где Ах результат измерения, АД действительное значение измеряемой величины.
Погрешности измерения возникают вследствие несовершенства метода измерения, ограниченной точности измерительного прибора и неправильного отсчета показаний.
Электроизмерительные приборы это средства электрических измерений, предназначенные для выработки сигналов в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. К ним относятся, например, амперметр, вольтметр, ваттметр.
Электроизмерительные приборы можно классифицировать по различным признакам: схеме преобразования, способу сравнения измеряемой величины с мерой, способу выдачи результата измерения, роду измеряемой величины, характеру применения и др.
По способу сравнения измеряемой величины с мерой приборы, так же как и методы, делятся на приборы непосредственной оценки и приборы сравнения
По способу представления результата измерения измерительные приборы делятся на аналоговые, в которых показания являются непрерывными, и цифровые, показания которых представляются дискретными величинами цифрами.
По характеру применения измерительные приборы могут быть стационарными и переносными.
По роду измеряемой величины измерительные приборы делятся на приборы для измерения постоянных величин и изменяющихся во времени величин.
По виду измеряемой величины различают приборы для измерения тока (амперметр), напряжения (вольтметр), сопротивления (омметр),
частоты (частотомер), энергии (счетчик) и т. д.

Вопросы для самоконтроля
1. Какие виды измерений вы знаете и в чем их сущность?
2. Дайте определение процессу измерений.
3. В чем сущность измерения методом непосредственной оценки из
меряемой величины и методом сравнения?
4. Дайте определение нулевого и дифференциального методов измерения, метода замещения.
5. В чем отличие погрешности измерительных приборов от погрешности измерения?
6. Каковы способы выражения погрешности электроизмерительных приборов? Дайте определение этим способам.
7. Как классифицируются погрешности электроизмерительных приборов по характеру проявления их?
8. Что называется основной и дополнительной погрешностями электроизмерительных приборов и от чего они зависят?
9. Каковы причины погрешности измерения? Дайте определение их составляющих.

Литература
Атамалян Э.Г. «Приборы и методы измерения электротехнических величин» § 1.1 – 1.4
Евдокимов Ф.Е «Общая электротехника» § 6.1
Китаев В.Е. «Электротехника с основами промышленной электроники»
§44
Синдеев Ю.Г. «Электротехника с основами электроники» § 6.1-6.2

Раздел 2. Электромеханические измерительные приборы.
Большую группу электроизмерительных приборов составляют электромеханические показывающие приборы.
Электромеханический прибор состоит из измерительной цепи, измерительного механизма и отсчетного устройства. Измерительная цепь является преобразователем измеряемой величины х в некоторую промежуточную электрическую величину у, функционально связанную с величиной х, т. е. y = f(x). Электрическая величина у, которой является ток или напряжение, непосредственно воздействует на измерительный механизм (ИМ), являющийся основой электромеханического прибора и имеющий подвижную и неподвижную части.
Наиболее распространены механизмы, в которых механические силы возникают при воздействии магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом или током, на проводник с током. Вращающий момент МВР, действующий на подвижную часть, является в этом случае функцией измеряемой величины х (тока или напряжения), т. е. Мвр = f(х). Кроме этого, на подвижную часть влияет противодействующий момент МПР, создаваемый при помощи растяжек или спиральных пружинок при их закручивании: MПР=K
·, где Кудельный противодействующий момент на единицу угла закручивания пружины или спирали;
· угол поворота подвижной части.
Противодействующие спирали и пружины выполняются, как правило, из бронзы. Один конец их прикрепляется к подвижной части измерительного механизма, а другой к неподвижной части прибора. Закручивание пружины или спирали происходит до тех пор, пока вращающий момент МВР не будет равен противодействующему МПР. Для создания противодействующего момента применяют не одну, а две пружины, устанавливая их с разных сторон подвижной части измерительного механизма ИМ (рис. 1, а), где 1- подвижная рамка, 2 противодействующие пружины. Таким образом, установившееся отклонение подвижной части и укрепленного на ней указателя характеризуется равенством
Чтобы подвижная часть быстрее установилась, механизмы снабжают так называемыми успокоителями, создающими момент успокоения. На рис. 1,б приведен пример построения магнитоиндукционного успокоителя, состоящего из постоянного магнита 1 и алюминиевого диска 2, жестко скрепленного с подвижной частью измерительного механизма. Успокоение создается за счет взаимодействия токов, индуцированных в диске при его перемещении в магнитном поле постоянного магнита.
В зависимости от физических явлений, положенных в основу создания вращающего момента, различают следующие измерительные механизмы: магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические,
электростатические, индукционные.


Рис. 1 Создание противодействующего
момента(а) и момента успокоения (б)
в электромеханических приборах



Магнитоэлектрический механизм содержит постоянный магнит, магнитопровод и катушку с током.
Магнитоэлектрические приборы, в которых используются магнитоэлектрические ИМ, применяют для измерения постоянных токов (амперметры), напряжений (вольтметры), сопротивлений (омметры) и т. д.
В силу высокой чувствительности магнитоэлектрические ИМ широко используются в качестве нулевых индикаторов при измерениях в мостовых и компенсационных цепях.
На базе магнитоэлектрических ИМ построены практически все приборы для автоматических систем контроля. Они же широко используются в качестве щитовых приборов на электростанциях и других энергетических предприятиях.
Магнитоэлектрические ИМ служат и для измерения в цепях переменного тока, но только в сочетании с различными преобразователями переменного тока в постоянный. К таким приборам относятся, например, выпрямительные, термоэлектрические.
Электромагнитный механизм состоит из неподвижной катушки и укрепленной на оси подвижной пластинки из магнитомягкого материала. При включении катушки в цепь постоянного тока создается магнитное поле, которое намагничивает пластинку, и она втягивается внутрь катушки.
Электромагнитные приборы, построенные на базе электромагнитных ИМ, применяют для измерения в цепях постоянного и переменного тока в качестве амперметров, вольтметров и фазометров.
Электромагнитные приборы являются одними из самых распространенных щитовых приборов для измерений в цепях переменного тока. Они просты по устройству, не имея токоподвижных частей, сравнительно хорошо переносят перегрузки. Недостатками этих приборов являются: невысокая точность, большое собственное потребление энергии (до 10 Вт), ограниченный частотный диапазон, чувствительность к внешним магнитным полям.
Электродинамический механизм состоит из неподвижной и подвижкой катушек. Одна катушка 1 укреплена на растяжках и может поворачиваться вокруг оси внутри двух секций неподвижной катушки. При наличии в катушках постоянных токов I1 и I2 возникают электромагнитные силы взаимодействия, стремящиеся повернуть катушку 2 соосно с катушкой 1. В результате возникает вращающий момент: MBР = K1I1 I2, где K1 коэффициент, учитывающий изменение взаимной индуктивности подвижной и неподвижной катушек.
Электродинамические ваттметры используют для измерения мощности в цепях постоянного и переменного тока.
Индукционный механизм состоит из двух неподвижных магнитопроводов с обмотками и подвижного алюминиевого диска, 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 создается вращающееся магнитное поле, под влиянием которого диск приходит во вращение.
Индукционные приборы на базе индукционных механизмов используют главным образом в качестве одно- и трехфазных счетчиков энергии переменного тока.
Электростатический механизм состоит из двух (и более) металлических изолированных пластин, выполняющих роль электродов. На неподвижные пластины подается потенциал одного знака, а на подвижные потенциал другого знака. Подвижная пластина вместе с указателем укреплена на оси и под действием сил электрического поля между пластинами поворачивается.
Электростатические приборы, в которых используется электростатический механизм, применяются исключительно в качестве вольтметров постоянного и
переменного тока.
Электромеханические приборы широко используют во всех отраслях
народного хозяйства. Они просты в изготовлении, надежны, имеют достаточную точность, не требуют дополнительных источников питания. Вместе с тем этим приборам свойственны большое потребление энергии от объекта измерения и малая чувствительность.
Вопросы для самоконтроля
1. Дайте определение вращающего и противодействующего моментов и момента успокоения. Как они создаются?
2. Назовите измерительные механизмы электромеханических приборов и объясните, какие физические явления положены в основу их работы.
3. Приведите простейшую конструкцию магнитоэлектрического механизма и поясните принцип его работы.
4. Назовите приборы на основе магнитоэлектрического измерительного механизма, их особенности, достоинства и недостатки.
5. Расскажите об устройстве выпрямительных приборов и их отличительных особенностях.
6. Как построены термоэлектрические приборы, каковы их характеристики и области применения?
7. Приведите простейшую конструкцию электромагнитного механизма и объясните принцип его работы.
8. Назовите области применения, достоинства и недостатки электромагнитных измерительных приборов.
9. Приведите конструкцию электродинамического измерительного механизма и поясните принцип его работы.
10. Каковы достоинства и недостатки электродинамических измерительных приборов?
11. Каковы конструкция индукционного измерительного механизма и принцип его работы?
12. Расскажите об областях применения индукционных приборов.
13. Приведите конструкцию электростатического измерительного механизма и
объясните принцип его работы.

Литература
Атамалян Э.Г. «Приборы и методы измерения электротехнических величин» § 2.1 – 2.6
Евдокимов Ф.Е «Общая электротехника» § 6.2 – 6.4
Китаев В.Е. «Электротехника с основами промышленной электроники» §45-53
Синдеев Ю.Г. «Электротехника с основами электроники» § 6.2 – 6.5

Раздел 3. Электронные приборы.
Цифровой измерительный прибор - это прибор, в котором входной сигнал преобразуется в дискретный и представляется в цифровой форме. Цифровые приборы работают на принципе преобразования непрерывного измеряемого сигнала в электрический код. В общем случае цифровой измерительный прибор содержит входное устройство ВхУ, аналого-цифровой преобразователь АЦП, цифровое отсчетное устройство ЦОУ и устройство управления УУ.
К недостаткам цифровых приборов следует отнести сложность схем и конструкции, высокую стоимость, меньшую надежность.
Цифровые вольтметры классифицируют по способу преобразования непрерывной величины в дискретную; по структурной схеме АЦП; применяемым техническим средствам; способу компенсации.
Измерительная информация в цифровых вольтметрах может быть представлена в цифровом коде для визуального отсчета и выведена в двоичном коде на цифропечатающее устройство для регистрации. Каждый цифровой вольтметр имеет устройство цифрового отсчета, состоящее из дешифраторов и знаковых (цифровых) индикаторов.
Электронные вольтметры применяют в тех случаях, когда измерительный прибор должен обладать большим входным сопротивлением и иметь высокую чувствительность. Такой прибор представляет собой сочетание электронного усилителя и обычного магнитоэлектрического измерителя.
По назначению электронные вольтметры делятся на вольтметры постоянного
тока, переменного тока, импульсные тока, фазочувствительные, селективные и
универсальные.
Основное назначение вольтметров – измерение напряжения в радиоэлектронных цепях.
Электронный осциллограф – это прибор, который служит для записи и
визуальных наблюдений электрических сигналов, меняющихся по времени, частоты, временных интервалов.
Основной элемент осциллографа – электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) с электростатическим управлением луча и люминесцирующим экраном. Для преобразования исследуемого сигнала в видимое изображение на экране вертикально и горизонтально отклоняющие пластины ЭЛТ перемещают электронный луч в двух взаимно перпендикулярных направлениях.
По назначению и принципу действия осциллографы делятся: общего назначения, универсальные, скоростные, стробоскопические, запоминающие, специальные.
По числу одновременно наблюдаемых сигналов: одно-, двух- и многоканальные.
Электронные осциллографы применяют для измерения: амплитуды и мгновенных значений электрического сигнала; временных параметров сигнала; частоты гармонического сигнала; сдвига фаз между двумя сигналами; мощности; полного сопротивления и отдельных составляющих; характеристик электронных ламп, транзисторов, диодов и т.д.
При проведении измерений в электрических цепях широкое применение получили цифровые мультиметры – комбинированные цифровые измерительные приборы, позволяющие измерять постоянное и переменное напряжение, постоянный и переменный ток, сопротивления, проверять диоды и транзисторы. Для проведения конкретного измерения необходимо установить переключателем предполагаемый предел измерений измеряемой величины (ток, напряжение, сопротивление) с учетом рода тока (постоянный или переменный). Представление результата измерения происходит на цифровом отсчетном устройстве в виде обычных удобных для считывания десятичных чисел. Наибольшее распространение в цифровых отсчетных устройствах мультиметров получили жидкокристаллические индикаторы. На передней панели такого прибора находится переключатель функций и диапазонов. Этот переключатель используется для выбора функций и желаемого предела измерений. Для продления срока службы источника электропитания переключатель должен находиться в положении «OFF» в тех случаях, когда прибор не используется.
К техническим характеристикам цифровых приборов, которые необходимо учитывать при выборе относятся:
– диапазон измерений (обычно прибор имеет несколько поддиапазонов);
– разрешающая способность, под которой часто понимают значение измеряемой величины, приходящееся на единицу дискретности, то есть один квант;
– входное сопротивление, характеризующее собственное потребление прибором энергии от источника измерительной информации;
– погрешность измерения, часто определяемая как ±(% от считываемых данных + количество единиц младшего разряда).

Вопросы для самоконтроля
Какие приборы называются электронно-лучевыми?
Начертите структурную схему электронного осциллографа и поясните назначение его узлов.
Объясните, как в электронно-лучевой трубке проводится отклонение и фокусировка луча.
Объясните устройство и принцип работы электронного вольтметра.
Что представляет собой цифровой вольтметр?
Классификация электронных вольтметров.
Перечислите основные параметры цифровых вольтметров.
Назначение мультиметров.

Литература
Атамалян Э.Г. «Приборы и методы измерения электротехнических величин» § 4.1 – 4.8, §6.1 – 6.7, § 12.1 – 12.7
Синдеев Ю.Г. «Электротехника с основами электроники» § 6.9
Панфилов В.А. «Электрические измерения» Глава 6 стр. 158-180

Раздел 4. Автоматизация измерений.
При автоматизации производственных и технологических процессов в промышленности, научных исследованиях и создании новой техники требуется за ограниченное время одновременно измерять, регистрировать значительное количество параметров и перерабатывать большие потоки информации. Поэтому автоматизация методов и средств измерений, переход от единичных приборов к измерительным информационным системам, измерительно-вычислительным комплексам с мини-ЭВМ, решающим задачи измерения, контроля, управления, обработки, хранения, отображения и передачи на расстояния измерительной информации, в настоящее время получили широкое распространение.
Одно из последних достижений измерительной техники использование в приборах встроенных микропроцессоров для решения задач управления, вычислений и сопряжений. Косвенные измерения все чаще заменяются прямыми, увеличивается количество прямо показывающих и многофункциональных приборов, аналоговые приборы вытесняются цифровыми приборами, выполненными на интегральных схемах. Последние уменьшают габариты цифровых приборов, мощность потребления, упрощают технологию изготовления и автоматизируют их производство. Цифровые приборы кроме визуальной индикации измерительной информации в десятичной системе имеют выход в двоично-десятичном коде для ввода в ЭВМ и на цифропечатающее устройство, тем самым расширяется непрерывный контроль параметров систем с регистрацией контролируемых значений и сигнализацией при выходе за пределы нормы.
Разнообразие задач, решаемых с помощью средств измерительной техники, влечет за собой разработку разных по структуре и назначению измерительных систем от простейших, где ЭВМ является внешним звеном, предназначенным лишь для обработки результатов измерений, до сложных структур, где мини- и микро-ЭВМ используются не только для обработки информации, но и для управления. Развитие этих систем вызвано необходимостью в новых средствах массового получения измерительной, контрольной и диагностической информации за ограниченное время и при минимальном участии человека. Развитие нового поколения измерительных информационных систем связано с использованием микропроцессорных средств.
Назначение измерительных информационных систем (ИИС). В ИИС функции отдельных измерительных приборов выполняются единым централизованным автоматическим устройством, связанным с первичными измерительными преобразователями, воспринимающими измерительную информацию о множестве физических величин и осуществляющими измерение этих величин, обработку результатов измерения по определенной программе с последующей выдачей человеку или управляющей машине выходной информации.
В ИИС информация получается непосредственно от изучаемого объекта измерением и (или) контролем, обработкой этой информации и выдачей ее в виде совокупности именованных чисел, графиков, общих выводов и команд, человеку или управляющей машине и отражающих состояние конкретного объекта.
По назначению различают:
Измерительные ИИС, выполняющие прямые, косвенные совокупные измерения с соответствующей математической обработкой (телеизмерительные ИИС, если исследуемый объект находится на очень большом расстоянии);
ИИС автоматического контроля, предназначенные для получения информации об отклонениях контролируемых величин от установленных
нормальных значений;
ИИС технической диагностики, дающие информацию о неисправностях и повреждениях какой-либо системы, на основании которой решается задача отыскания места повреждений и установления причин этих повреждений и неисправностей.
Микропроцессоры (МП) – вычислительные и управляющие устройства, выполненные по технологии микросхем с большой степенью интеграции (БИС) и обладающие способностью под программным управлением производить автоматическую обработку информации.
Малые размеры, масса и потребление энергии открыли возможность введения МП непосредственно в электронную схему измерительных приборов, средств управления и других устройств. Микропроцессоры намного дешевле, экономичнее и надежнее в работе, чем устройства, выполняющие аналогичные функции в больших и малых ЭВМ.
Изменением программы достигается возможность решения с помощью МП множества разнообразных задач, в том числе: выполнение арифметических и логических операций, принятие решений, ввод и вывод информации и др.
В зависимости от функциональных возможностей МП делят на универсальные и специализированные.
Универсальные МП, называемые МП общего назначения, используются для решения широкого круга задач в системах управления, измерительных приборах, диагностических устройствах и т. п. Они ориентированы на выполнение операций управления и логических операций.
Специализированные МП (калькуляторы) рассчитаны на узкое применение, решение конкретной задачи со скоростью большей, чем в универсальных МП, где выполнение преобразований сводится к последовательному выполнению элементарных шагов (команд).
Микропроцессоры находят применение в цифровых вольтметрах, самописцах, генераторах сигналов, осциллографах, автоматических тестерах, медицинских приборах, многофункциональных цифровых приборах и системах. Измерительные приборы с МП составляют новый класс «интеллектуальных» приборов.

Вопросы для самоконтроля
Назначение, характеристики и типы микропроцессоров?
Возможности приборов содержащих микропроцессоры?
Что дает применение микропроцессоров в измерительной технике?
Классификация измерительных информационных систем по назначению?
Перечислите основные узлы измерительных информационных систем.
Назначение унифицирующих преобразователей?
Литература
Атамалян Э.Г. «Приборы и методы измерения электротехнических величин» § 13.1 – 13.6
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ НА РАСЧЕТ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ПОГРЕШНОСТИ ПРИБОРОВ
Содержание задач включает вопросы на выбор приборов для обеспечения наибольшей точности измерения, подсчета погрешности измерения выбранными приборами и вычерчивания схемы. Поэтому, приступая к решению задач 1 и 2, необходимо изучить теоретический материал, обратив внимание на такие вопросы:
1. Электроизмерительные приборы делятся на восемь классов точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5 и 4. Класс точности, обозначается на шкалах приборов и показывает основную допустимую приведенную погрешность прибора, выраженную в процентах.
2. Погрешность измерения равна погрешности прибора умноженной на отношение верхнего предела измерения прибора к действительному или найденному значению измеренной величины, где под А подразумевают напряжение, ток и т. д.

Из формулы видно, что при одинаковых классах точности приборов погрешность измерения тем меньше, чем ближе значение измеренной величины к пределу измерения прибора. Это следует учитывать в выборе приборов при решении задач.
Амперметр включается в цепь последовательно с тем резистором, ток которого нужно измерить, а вольтметр параллельно.
При решении задач пользоваться таблицами: «Класс точности и верхний предел измерения вольтметров» и «Класс тонности и верхний предел измерения амперметров»
Пример выполнения задачи
В схеме рис.1 через резистор R2 проходит ток I2 = 5А, а на резисторе R4 напряжение U4 = 40В. Выбрать амперметр и вольтметр, обеспечивающие наименьшую погрешность измерения, подсчитать эту погрешность.
Решение. Производим выбор приборов, наиболее близких к указанному току и напряжению по пределу измерения и наиболее высокого класса

Рис 1
точности.
Амперметр класс точности
·пр = 1,0% предел измерения 10 А; вольтметр класс точности
·пр = 1,5% предел измерения 50В.
Определяем погрешность измерения
·1 при использовании выбранных приборов.
·1 = (
·пр Ан ) / А1, где
·пр – класс точности прибора, %; Ан - верхний предел измерения прибора; А1 – действительное или найденное значение измеряемой величины.
Тогда погрешность измерения:
тока
·I = (
·пр Iн ) / I2 = (1,0· 10) / 5 = 2%
напряжения
·U = (
·пр Uн ) / U4 = (1,5· 50) /40 = 1,87%

Задание 1
Цепь постоянного тока со смешанным соединением потребителей состоит из четырех резисторов и подключена к распределительной сети напряжением U. Заданы величины сопротивлений, значения напряжения, тока, мощности всей цепи или ее отдельных участков.
Определить сопротивление всей цепи или отдельного резистора; токи проходящие через каждый резистор. Выписать значения тока и напряжения, по ним подобрать вольтметр и амперметр, позволяющие производить измерения с наименьшей погрешностью. Подсчитать величину возможной погрешности при измерении выбранным амперметром и вольтметром. Перечертить схему вашего варианта и показать на ней амперметр и вольтметр.
Данные для решения задачи взять из таблицы 1.


Табл.1
Номер варианта
Номер рисунка
R1, Ом
R2, Ом
R3, Ом
R4, Ом
Rэкв, Ом
U, I, P

Прибор для измерения










тока

напряжения


01, 06
02, 07
03, 08
04, 09
05, 10

1
2
3
4
5

4
6
4
20
30

2
30
20
10
40

10
20
5
20
20

15
6
2
?
10

?
?
?
20
?

U=120 В
I = 10А
U4 = 10 В
Р = 80 Вт
I1 = 2 А

R4
R2
R3
R1
R1

R2
R1
R4
R2
R4


Табл. 2
Класс точности и верхний предел измерения вольтметров

п/п
Класс точности,

·пр,, %
Верхний предел измерения, В

п/п
Класс точности,

·пр,, %
Верхний предел измерения, В

п/п
Класс точности,

·пр,, %
Верхний предел измерения, В

1
2
2
4
5
6
7
1,5
2,5
2,5
2,5
4,0
2,5
4,0
0,5
1,5
1
2
2
3
5
8
9
10
11
12
13
14
1,5
2,5
4,0
2,5
1,5
2,5
4,0
10
250
300
10
15
30
30
15
16
17
18
19
20
1,5
2,5
4,0
1,5
1,5
2,5

50
70
75
100
300
500

Табл. 3
Класс точности и верхний предел измерения амперметров

п/п
Класс точности,

·пр,, %
Верхний предел измерения, А

п/п
Класс точности,

·пр,, %
Верхний предел измерения, А

п/п
Класс точности,

·пр,, %
Верхний предел измерения, А

1
2
2
4
5
6
1,5
2,5
2,5
1,0
1,5
2,5
1
1
2
2
3
3
7
8
9
10
11
12
1,5
4,0
1,0
2,5
2,5
4,0
5
5
10
10
15
15
13
14
15
16
17
18
1,5
1,0
1,5
2,5
1,0
4,0
20
20
25
25
30
30


Задание 2
В электрической цепи, схема которой задана в условиях номером рисунка, известны значения токов или напряжения двух резисторов.
По таблицам 2 и 3, в которых указан класс точности и верхний предел измерения амперметров магнитоэлектрической системы, выбрать приборы, позволяющие выполнить измерения заданных значений тока и напряжения с наименьшими погрешностями, и подсчитать эти погрешности.
Перечертить схему электрической цепи и показать на ней амперметр и вольтметр для выполнения указанных измерений.
Данные для своего варианта взять из таблицы 4.
Табл. 4
Номер варианта
Номер рисунка
Ток, А
Напряжение, В
Номер варианта
Номер рисунка
Ток, А
Напряжение, В

1
2
1,5
0,3
6
3
0,5
4,8

2
3
9
0,4
7
4
0,6
5,5

3
4
8
0,6
8
1
3,6
26

4
1
28
4,4
9
2
3,7
27

5
2
29
4,6
10
3
3,8
28











Литература
Атамалян Э.Г. Приборы и методы измерения электротехнических величин. – М:. Высш. школа,1982
Евдокимов Ф.Е Общая электротехника. – М.: Высш. школа, 2004
Китаев В.Е. Электротехника с основами промышленной электроники. – М.: Высш. школа, 1985
Сергеев В.Г. Электроизмерительные приборы и их применение. – М.: Высш. школа, 1989
Синдеев Ю.Г. Электротехника с основами электроники. – Ростов н/Дону: Феникс, 2010
Электрические измерения: учебник для студ. сред. проф. образования / В.А.Панфилов. – М.: Издательский центр «Академия», 2008






























































































HYPER13PAGE HYPER15


HYPER13PAGE HYPER1424HYPER15





Приложенные файлы

  • doc fail17
    Размер файла: 1 MB Загрузок: 1

Добавить комментарий