• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Логометри

Вступ

Сучасний технічний прогрес у галузях матеріального виробництва великою мірою зумовлений розвитком вимірювальної техніки. Різке підвищення точності , чутливості , функціональних можливостей вимірювальних пристроїв і водночас зменшення габаритів та обсягів споживаної енергії дало змогу впроваджувати у устаткування з якісно новими параметрами і можливостями.

У свою чергу бурхливий розвиток виробництва , запровадження новітніх технологій , особливо у таких галузях , як мікроелектроніка і комп’ютерна техніка, відкрило широкі можливості для створення складних багатофункціональних вимірювальних пристроїв на базі сучасних інтегральних мікросхем та мікропроцесів . Слід зазначити , що вимірювальні пристрої використовуються і випускаються не тільки окремих приладів і систем , а й є складовими елементами технічних пристроїв різного призначення. Нині важко знайти сучасний технічний пристрій чи технологічне устаткування , до складу якого не входив би один чи кілька каналів вимірювання. Ці тенденції у розвитку сучасного промислового виробництва певною мірою висвітлено у даному посібнику .

Різке зростання складності і багатофункціональності вимірювальних пристроїв зумовлює високі вимоги до підготовки працівників як у сфері матеріального виробництва , так і щодо технічного обслуговування вимірювальної техніки. Сучасний робітник повинен знати основи теорії вимірювань , будову і принцип дії вимірювальних пристроїв , оволодіти основами комп’ютерної грамотності.

Електричні вимірювання відіграють у техніці велику роль. За їх допомогою контролюється роботи окремих машин , агрегатів та електроустановок. Тільки вимірюючи різні величини і порівнюючи їх між собою і з вихідними даними , можна вести технологічний процес найраціональніше.

Без електричних вимірювань неможлива механізація , а особливо автоматизація виробничих процесів. А тільки виконуючи всі вимоги технології, можна забезпечити високу якість продукції.

Без об’єктивного контролю параметрів систем неможлива грамотна експлуатація різноманітного електрообладнання і установок. Вимірювальні прилади і комплекси не замінимі при проведенні ремонтних та пуск - регулювальних робіт.

Метою вивчення дисципліни є опанування теоретичних знань електрометрології , вивчання особливостей будови та конструкцій вимірювальних приладів та практичних навичок електровимірювань. Це необхідно для вивчення подальших дисциплін спеціальності та майбутньої практичної діяльності за фахом.

Після вивчення дисципліни студенти повинні знати:

· основи електрометрології;

· основні фізичні величини , що характеризують електричні та магнітні явища;

· принципи роботи електричних вимірювальних приладів електро-механічних та електронних систем ;

· основні методи розрахунків при електровимірюваннях та дослідженнях електричних схем та систем.

Студенти повинні вміти :

· правильно вибирати вимірювальні прилади для проведення різних електровимірювань;

· проводити експериментальне дослідження режимів роботи електричних та магнітних кіл;

· грамотно користуватись вимірювальними приладами при експлуатації електрообладнання , проведення ремонтних робіт техніки.

Вивчення матеріалу передбачається шляхом проведення лекційних, лабораторних та практичних занять , додаткових занять та консультацій , самостійної роботи студентів .

Контроль знань проводиться згідно модуль – рейтингової системи з підсумковим семестром контролем (заліком).

Розділ 1. Основи метрології і техніки вимірювань.

Тема 1.1. Прилади і методи вимірювань.

Із дисципліни ТОЕ відомо, що в електричних системах і установках діють самі різноманітні електричні та магнітні виміри та параметри:

- електричні: Ē, I, U, R, g, ƒ, ω, XL, XC, φ, cos φ, P, Q, S і т.д.

- магнітні: B, H, μ, Uм, Fм тощо.

Людині природою не дано не тільки, хоча б приблизно, оцінити ці величини, а і взагалі оцінити їх наявність. Тому, об’єктивно виміряти такі величини та параметри можна тільки за допомогою відповідних електричних вимірювальних приладів.

1.Метрологія – наука про вимірювання.

Вимірювання є предметом вивчення метрології.

Метрологія – наука про вимірювання, техніку системи вимірів та її примінення, про організаційні та юридичні засоби досягнення єдності вимірів. Виміряти будь яку електричну величину – це значить порівняти її з іншою величиною(інколи не однорідною), умовно прийнятою за одиницю вимірів. Вимірювальні системи, апаратуру можна поділити на:

- вимірювальні прилади ;

- еталони.

Вимірювальні прилади – основа об’єктивного контролю параметрів електричних процесів в науці, на виробництві, при експлуатації техніки. Прилади контролюють якість, продукції, технологічні процеси, без них фактично неможливий навіть незначний ремонт електротехніки.

Еталон – комплекс обладнання, засіб вимірювання, забеспечуючий зберігання та відтворення одиниці вимірювання фізичних величин. Це необхідно для організацій і контролю роботи різноманітної вимірювальної техніки.

Міра – це робочий еталон електричних величин, який використовується при повірці приладів, їх тестування безпосередньо на виробництві. Наприклад міри R – це високоточний, високостабільний резистор (1мОм + 0,1 % і т.п.).

Повірка – це комплекс робіт по доведенню вимірювального приладу до вимог технічної документації, чи ДСТУ (державних стандартів України). Цю функцію виконують органи Держстандарту України.

Для електричних вимірів еталони необхідні для їх калібровки , оцінки їх точності, стабільності. Тобто, це база від якої залежить якість і точність роботи різноманітних приладів. Наприклад для контролю частот відповідними радіостанціями передаються радіосигнали зі стабільністю до 10^-10. Відповідні сигнали передаються для контролю точності часу.

2.Основні одиниці електричних і магнітних величин в Міжнародній системі Сі.

Основні одиниці – незалежні одна від одної на основі законів для різних фізичних процесів.

Для електричних і магнітних величин в Сі - є 4 основних одиниці:

- одиниця довжини метр (м) – 1650763,73 λ (довжина хвилі) світлового випромінювання атому криптону в вакуумі;

- одиниця часу – секунда (с) – 9192631770 T (період) випромінювання атому цезію – 133;

- одиниця маси – кілограм (кг) – маса міжнародного прототипу;

- одиниця струму – ампер (А) – це таке значення струму, протікаючого по провідних в вакуумі на віддалі між собою 1м і на кожному метрі довжини між ними виникає сили взаємодії 2·10^-7Н (ньютон).

Всі інші електричні і магнітні величини – похідні.

3. Похідні і кратні одиниці електричних і магнітних величин.

Принципи утворення похідних фізичних величин на базі основних показані на рис 1.1.

Кратні одиниці вимірювань одержуються шляхом примінення до основних та похідних величин множників та приставок – табл. 1.1 (основні з них):

Рис.1.1 Основні та похідні фізичні величини в системі Сі.

Таблиця 1.1.

Контрольні питання:

1. Суть електричних та магнітних вимірів.

2. Метрологія – наука про вимірювання.

3. Поняття еталонів, мір, повірки приладів.

4. Основні одиниці електричних і магнітних величин Сі.

5. Похідні одиниці електричних і магнітних величин Сі.

6. Кратні одиниці вимірювань.

7. Охарактеризуйте основні електричні параметри : I,U,R.

8. Охарактеризуйте основні електричні параметри : P, Q, S, cos φ в колах змінного струму.

9. Охарактеризуйте основні електричні параметри: φ та cos φ в колах змінного струму.

10. Охарактеризуйте основні електричні параметри: X_L, X_с, f в колах змінного струму.

11. Охарактеризуйте основні магнітні величини: β, φ, μ.

12. Охарактеризуйте основні електричні параметри: U_м, F_м.

Література :

Л1 стр. 5- 16; Л4 стр. 320 – 324.

Тема 1.2 Засоби вимірювань і їх похибки.

1. Основні методи електричних вимірів.

Існують два основних методи електричних вимірювань:

- метод безпосередньої оцінки;

- метод порівнянь.

При методі безпосередньої оцінки вимірювання електрична величина відраховується безпосередньо по шкалі приладу. Шкала градуюється в одиницях виміру (А, V і т.д.). Такі прилади відносно прості, зручні, дешеві, але головний їх недолік – порівняно невисока точність вимірів.

При методі порівнянь – вимірювана електрична величина (струм, напруга, опір та ін.) порівнюється з еталоном, робочою мірою. Метод складний, складні приклади, потрібна висока кваліфікація персоналу. В процесі порівняння і знаходять результат вимірів. Такий метод забезпечує високу точність вимірювань, може бути автоматизованим.

2.Похибки вимірювань.

Як би точно не проводились вимірювання електричних величин, завжди має місце певна неточність, похибка. Абсолютно точно провести будь які виміри неможливо. Якщо міряти будь яку величину А то отримуємо результат вимірювань – Авим. Різниця між одержання значенням параметру Авим і дійсним значенням величини А називається абсолютною похибкою вимірювань:

±∆= Авим – А.

Величина абсолютної похибки ±∆ визначається систематичним і випадковими похибками вимірювань, а також помилками оператора.

Систематичні похибки – мають певну закономірність і появляються в результаті факторів , які можуть бути враховані:

- виплив t°, електричних полів, тиску тощо;

- недосконалість методу вимірів;

- недоліки конструкції приладу.

При визначенні остаточного результату такі фактори можна враховувати за допомогою поправочних таблиць, коефіцієнтів, тощо.

Випадкові похибки – закономірностям не підлягають. Їх можна врахувати шляхом багатократних вимірів. Фактори таких похибок – випадкові вібрації, промислові електроперешкоди, грозові розряди і т.п.

Помилки оператора – неправильний відлік по шкалі, неправильні дії з приладом, низька кваліфікація тощо.

Абсолютна похибка не дає уявлення повної характеристики точності вимірів.

Наприклад – при вимірах U - ∆ складає 1В.

Якщо вимірювати 5В – то прилад дає показання 4 чи 6В.

А якщо вимірювати 10кВ – то прилад (вольтметр) дає показання 9999 В чи 10001В.

Тому для повної характеристики точності вимірів вводиться поняття відповідної похибки вимірювання:

Для проведення вимірювань U – в першому випадку ±δ = 20%, а в другому - ±0,001%. Однозначно можна судити про точність вимірювань.

3. Клас точності вимірюваних приладів.

±∆ та ±δ характеризують точність вимірів. Але є і друга сторона вимірювань - точність самих приладів. В принципі точність приладів є визначальними на результат вимірів. Для цієї цілі вводиться почуття приведеної похибки вимірів – γ.

, де Амах – максимальне значення шкали приладу.γ і є класом точність вимірювань приладу.

Прилади електромеханічних поширених систем характеризуються слідуючим серійними класами:

0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0_____

прецензійні, навчальні та індикаторні

зразкові прилади прилади

Якщо клас приладу – 1,5 , значить що максимальна переведена похибка –

γ = ±1,5%.

Наприклад – амперметр А зі шкалою 0÷15А має клас 1,5 ,то :

(не гірше в любій

точці шкали)

При проведенні вимірювань прилад (чи його піддіапазон) треба вибирати так, щоб знаття вимірюваної величини приходилось на останню третину шкали .Для самих приладів є основна та додаткова похибка.

Основна похибка – залежить від класу приладу і виникає при нормальних умовах експлуатації.

Додаткова похибка – появляється в умовах роботи відмінних від нормальних (зміни t°, вологість, неправильна установка, силові електричні та магнітні поля і т.д.). Їх врахувати можна не завжди.

3. Умовні позначення на шкалах приладів.

Шкала – робоча частина приладу по якій знімаються результати вимірів. Для приладів, що випускаються серійно, на шкалах наноситься необхідна інформація про прилад (що вимірює, клас, мітки шкали, тип, умови роботи і т.д.)

Основні позначення на шкалах приведені в табл.2:

Таблиця 2.

1,5 Клас точності 1.5

– Постійний струм

~ Змінний струм

~ Постійний і змінний струми

^{Трифазний струм}

^{Прилад магнітоелектричної системи}

^{Прилад електромагнітної системи}

^{Прилад електродинамічної системи}

^{Прилад індукційної системи}

^{Прилад встановлюється горизонтально, вертикально, під}

^{кутом 60°}

^{Ізоляція приладу випробувана при напрузі 2 кВ}

А Для закритих отоплювальних приміщень

Б Для закритих неотоплювальних приміщень

В Для польових і морських умов

4. Загальна класифікація електричних вимірювальних приладів.

Велика кількість вимірювальних приладів пояснюється великою кількістю вимірюваних електричних і магнітних величин, різними областями їх примінення, історичними факторами і т.д.

По принципу дії прилади класифікуються на такі основні системи:

- магнітоелектрична;

- електромагнітна;

- електродинамічні;

- індукційна;

- термоелектрична;

- електростатична;

- теплова;

- електронна.

По роду вимірювання величини поділяються на :

- вольтметри (V, μV, mV, nV);

- амперметри(A, μA, mA, nA);

- омметри(Ω, mΩ і т.п.)

- ватметри(W)

- лічильники електроенергії(W)

- частотоміри(ƒ)

- фазометри(φ, cos φ)

По виду струму І:

- електричні прилади = І;

- електричні прилади ~ І;

- електричні прилади комбінованої дії ~ І;

По методу установки прилади поділяються на :

- щитові;

- стаціонарні;

- переносні;

Є і інші різновидності класифікацій :

- по герметичності ;

- по умовах експлуатації (загальнопромислового виробництва, морського і тропічного виконання , тощо);

- по габаритах і т.п.

5. Вимоги до електричних вимірювальних приладів .

Електричні вимірювальні прилади вважаються відповідними нормативам , якщо:

- похибки вимірювань не виходить за межі, установлені класом;

- додаткові похибки не перевищують значень технічної документації;

- величини похибок не перевищують норм в гарантійний термін;

- ізоляція приладу відповідає паспортним даним;

- відміна показань нормально забезпечується відліковим механізмом;

- є клеймо (паспорт) лабораторії Держстандарту.

Контрольні питання

1. Охарактеризуйте основні методи електричних вимірювань.

2. Чому неможливо абсолютно точно виміряти електричну (і не електричну ) величину?

3. Абсолютна похибка вимірювань.

4. Чому абсолютна похибка не дає повного уявлення про точність вимірювань?

5. Складові абсолютної похибки?

6. Відносна похибка вимірювань?

7. Чому відносна похибка дає повне уявлення про точність вимірювання?

8. Клас точності вимірювальних електромеханічних приладів?

9. Класифікація вимірювальних приладів?

10. Умовні позначення на серійних вимірювальних приладів?

11. Вимоги до електричних вимірювальних приладів?

12. Клас точності приладу. Чому рівна приведена похибка ?

13. Шкала А 0÷50 А. Виміряння струму 3А і 30А. Який вимір проведений точніше ?

14. Вкажіть найбільшу приведену похибку для приладів класів 0,2 ;1,0; 2,5?

Література :

Л1 розділ 2 стр. 17:32;

Л2 стр. 377:388.

Л5 стр. 318:333.

Розділ 2. Основи теорії та конструкції вимірювальних приладів.

Тема 2.1. Електромеханічні вимірювальні перетворювачі

В електромеханічних перетворювачах вимірювана величина (найчастіше напруга чи струм) перетворюється в кутове переміщення рухомої частини приладу. Електромеханічні перетворювачі поділяються за принципом дії на такі групи: магнітоелектричні; електромагнітні;

електродинамічні (і феродинамічні); електростатичні; індукційні.

Перетворювачі магнітоелектричної системи застосовують для вимірювання постійних струмів і напруг (амперметри та вольтметри), опорів (омметри), заряду (гальванометри і кулонметри). Магнітоелектричні перетворювачі розрізняють за таким принципом: із зовнішнім магнітом

(рис. 2.1, а) і магнітом всередині рамки (рис. 2.1, б).

Рис. 2.1.

Основними частинами магнітоелектричного приладу є: нерухомий постійний магніт 1 для створення в зазорі однорідного магнітного поля; котушка 2, що може обертатися навколо осі; спіральні пружини 3, призначені для створення моменту протидії та для забезпечення електричного контакту між рухомою котушкою та нерухомою вимірювальною схемою; стрілка 4, яка жорстко зв'язана з рухомою котушкою, та шкала з нанесеними поділками

і цифрами.

Принцип дії приладів магнітоелектричної системи ґрунтується на взаємодії магнітного поля постійного магніту зі струмами у провідниках обмотки рухомої котушки. Згідно із законом Ампера на кожен провідник обмотки довжиною l зі струмом I, що знаходиться в магнітному полі з

індукцією В, діє сила, яка визначається за формулою

F=B · I · l · sinα ,

де α — кут між напрямом струму І та індукції В. Прилади магнітоелектричної системи сконструйовані так, що магнітне поле спрямоване радіальнj до осі обертання, і тому α=90 °.

Кожен виток рухомої котушки складається з двох провідників з протилежним, напрямом струму, тобто на кожен виток діє пара сил однакового значення з протилежними напрямами, які створюють обертальний момент відносно осі: M_e=F · D, де D — відстань між протилежними сторонами рамки.

Обертальний момент, що діє на котушку, — це сумар-

ний момент усіх її витків:

де с — конструктивна стала, N — кількість витків, М_в — момент одного витка.

Таким чином, момент, що діє на рухому котушку, прямо пропорційний струму в провідниках котушки.

Спіральні пружини створюють момент протидії, що прямо пропорційний куту повороту рамки:

Стрілка зупиняється тоді, коли моменти врівноважуються, тобто

Кут відхилення стрілки а прямо пропорційний вимірюваному струму:

Шкалу проградуйовано у значеннях вимірюваної величини і тому результат вимірювання визначають за показами стрілки.

Вимірювальні прилади магнітоелектричної системи мають лінійну шкалу, високу чутливість, мало споживають енергії, стійкі до дії зовнішніх магнітних полів.

До недоліків цих приладів належить мала здатність до перевантажень, а також те, що приладами цієї системи можна виконувати вимірювання тільки у колах постійного струму.

Магнітоелектричні прилади з перетворювачем. Як уже зазначалося, магнітоелектричні прилади мають високу точність, чутливість і незначне споживання енергії, але вони непридатні для безпосереднього використання у колах змінного струму. Для усунення цього недоліку їх використовують разом з додатковими вимірювальними перетворювачами змінного струму в постійний. На практицздебільшого використовуються випрямні та термо-електричні перетворювачі.

Випрямні прилади складаються з випрямного вимірювального перетворювача змінного струму в постійний і магнітоелектричного приладу. Випрямні перетворювачі можуть бути однодівперіодні та двопівперіодні.

Принцип дії випрямних перетворювачів ґрунтується на односторонній провідності напівпровідникового діода, завдяки чому змінний струм перетворюється в пульсуючий струм однієї полярності.

Недоліком випрямних приладів є нелінійність вольт-амперної характеристики діодів, нестабільність цієї характеристики у часі та залежність її від температури і частоти.

На основі магнітоелектричного приладу з випрямними перетворювачами донедавна випускалися малогабаритні багатофункціональні електромеханічні прилади (тестери), які широко застосовувалися на практиці. Значна кількість таких приладів знаходиться в експлуатації і дотепер. Останнім часом такі прилади витісняються аналогічнимі за функціями, але більш точними і з більшими

функціональними можливостями, цифровими тестерамі кишенькового формату.

Прилади електромагнітної системи застосовуються для вимірювання постійних і змінних струмів і напруг, а також для вимірювання частоти і кута зсуву фаз у колах змінного струму.

Електромагнітний прилад (рис. 2.2) складається з котушки 1 із щілиноподібним отвором; феромагнітного осердя 2, несиметрично закріпленого на осі; стрілки 3, прикріпленої до осі; спіральної пружини 4, яка створює момент протидії.

Рис. 2.2

Дія електромагнітного приладу ґрунтується на взаємодії магнітного поля котушки з рухомим феромагнітним осердям.

Внаслідок цієї взаємодії осердя втягується в котушку і рухома вісь повертається на деякий кут під дією обертального моменту, який пропорційний квадрату струму:

M = k_м ·I²

Момент протидії пружини прямо пропорційний куту повороту осі, на якій закріплена стрілка і осердя

M_пр = k_пр · α

Стрілка зупиняється, коли моменти врівноважуються:

M =M_пр . Тоді кут повороту, на який відхилилася стрілка,

пропорційний квадрату струму, і тому шкала електромагнітних приладів нерівномірна.

У амперметрів електромагнітної системи котушка виготовляється з невеликою кількістю витків проводу, що має великий поперечний переріз (для зменшення опорукотушки).

У вольтметрів, навпаки, котушка виготовляється з тонкого проводу 0,08...0,1 мм і має велику кількість витків (2000...10000).

До переваг електромагнітних приладів належать їхня простота, дешевизна, надійність, здатність витримувати короткочасні навантаження, а також придатність для вимірювання в колах змінного й постійного струму.

Недоліками приладів електромагнітної системи є порівняно низька точність, нерівномірність шкали, досить велика споживана потужність, залежність показів від частоти та впливу зовнішніх магнітних полів.

Електродинамічні та феродинамічні перетворювачі і прилади електродинамічної системи, побудовані на їхоснові, застосовують для вимірювання потужності, струму, напруги у колах постійного та змінного струмів. Крімтого, у колах змінного струму електродинамічні приладизастосовують як частотоміри та фазометри.

Електродинамічний прилад складається з таких основних частин (рис.2.3, а); нерухомої котушки 1, яку вмикають, як правило, послідовно зі споживачем; рухомої котушки 2, закріпленої на осі, яку вмикають паралельно споживачеві; спіральних пружин 3, які створюють момент протидії і за допомогою яких струм подається у рухому котушку; стрілки 4, жорстко закріпленої з рухомою котушкою, та шкали з нанесеними поділками і цифрами.

Принцип дії приладів електродинамічної системи ґрунтується на взаємодії провідників зі струмом I₁ рухомої котушки з магнітним полем, створеним струмом I₂ у нерухомій котушці.

Ця взаємодія характеризується обертальним моментом, який визначається за формулою

M = k_M · I₁ · I₂ · cos(ψ_I1 – ψ_I2) ,

де k_M — конструктивна стала приладу.

Феродинамічний прилад (рис. 2.3, б) відрізняється від електродинамічного лише тим, що його нерухомі котушки мають магнітопровід 5 з магнітном’якого матеріалу.

Електродинамічні прилади застосовують найчастіше як ватметри для вимірювання потужності у колах як постійного так і змінного струмів. У такому разі нерухома котушка вмикається послідовно зі споживачем, а рухома — паралельно.

Послідовно з рухомою котушкою вмикається додатковий опір R_дод

для зменшення власного споживання енергії і підвищення точності. Струм у рухомій котушці І_U згідно із законом Ома, прямо пропорційний напрузі на споживачеві U:

де R_U, R_дод — опори рухомої котушки і додаткового резистора.

Обертальний момент електродинамічного ваттметра прямо пропорційний активній потужності, тому шкала електродинамічних ватметрів рівномірна.

В електродинамічних та феродинамічних амперметрах нерухому і рухому котушки з'єднують послідовно.

У такому випадку через котушки протікає один і той же струм I₁₌I₂₌І;cos(ψ_I1 – ψ_I2)=1 і обертальний момент пропорційний квадрату струму: M = k_M·І².

В електродинамічних вольтметрах послідовно з'єднують нерухому і рухому котушки, а також додатковий резистор.

Обертальний момент пропорційний квадрату напруги

M = k_M · k_V · U².

Електродинамічні прилади придатні для роботи як в колах постійного, так і змінного струму. У колах змінного струму електродинамічні прилади мають найвищу точність порівняно з іншими електромеханічними приладами. Проте на роботу електродинамічних приладів сильно впливають зовнішні магнітні поля.

Прилади електростатичної системи застосовуються головним чином як вольтметри для вимірювання напруг у колах постійного та змінного струму.

Вольтметр електростатичної системи складається з таких основних частин (рис. 2.4 ): системи нерухомих електродів 1; системи рухомих електродів 2; спіральної пружини 3 для створення моменту протидії та для підведення напруги до рухомих електродів; стрілки 4, закріпленої на осі разом із системою рухомих електродів.

Якщо до рухомих електродів підвести потенціал одного знака, а до нерухомих — іншого, то електроди матимуть заряди протилежних знаків і притягуватимуться один до одного з силою, яка пропорційна заряду електродів:

F = k_q · q₁ · q₁

Оскільки заряд прямо пропорційний напрузі, то

q = C · U

де С — ємність між електродами. Сила взаємодії, а також обертальний момент будуть прямо пропорційні квадрату прикладеної до електродів напруги:

M = k_{M ·} U²; F = k_{U ·} U²

Позитивними якостями приладів електростатичної системи є:

- здатність вимірювати великі напруги безпосередньо без додаткових пристроїв;

- придатність для вимірювання як постійних, так і змінних напруг;

- незначна потужність, яку споживають прилади;

- широкий частотний діапазон вимірювання.

Недоліками цих приладів слід вважати низьку точність та чутливість, а також сильний вплив зовнішніх чинників

(вологості, електричних полів).

Індукційні прилади застосовуються здебільшого як лічильники електричної енергії.

Індукційний лічильник електричної енергії (рис. 2.5) складається з електромагніту 1 з обмоткою, по якій проходить струм споживача (обмотка струму); електромагніту 2 з обмоткою, яка увімкнена паралельно споживачеі

(обмотка напруги); постійного магніту 3, призначеного для створення гальмівного моменту; легкого алюмінієвого диску 4, який вільно обертається на осі; механічного редуктора для зменшення частоти обертання диска в задане число разів та механізму відліку.

Рис. 2.5

Принцип дії індукційного лічильника електричної енергії грунтується на взаємодії магнітних полів, електромагнітів зі струмами, наведеними за законом електро-магнітної індукції в алюмінієвому диску.

В результаті такої взаємодії до диска прикладено обертальний момент, значення якого пропорційне активній потужності споживача:

M = k_{M ·} U · І = k_M ·Р,

де k_M — коефіцієнт пропорційності.

На диск діє також гальмівний момент, який виникає від взаємодії струмів, наведених в диску, з магнітним полем постійного магніту. Значення гальмівного момету прямо пропорційне частоті обертання диска:

M_пр = k_пр · n

де k_пр — коефіцієнт пропорційності.

Коли настане рівновага моментів, тобто

M =M_пр

частота обертання диска буде прямо пропорційна активній потужності споживання:

Кількість обертів N за проміжок часу Δt буде прямо пропорційна електричній енергії W, яку споживає споживач за час Δt:

W = k_w · N

Крім однофазних лічильників, випускаються також трифазні лічильники для вимірювання витрат електричної енергії в трифазних енергетичних системах.

До переваг електромеханічних лічильників енергії слід віднести їх простоту, здатність до перевантажень, а також здатність зберігати покази під час вимикання живлення.

Недоліками індукційних лічильників є невисока точність, залежність показів від температури та частоти. Останнім часом інтенсивно розробляються і впроваджуються електронні та цифрові лічильники енергії.

Контрольні питання

1. Класифікація електромеханічних приладів

2. Принцип дії, будова приладів магнітоелектричної системи.

3. Принцип дії, будова приладів електромагнітної системи.

4. Принцип дії, будова приладів електродинамічної системи.

5. Принцип дії, будова приладів феродинамічної системи.

6. Принцип дії, будова приладів індукційної системи.

7. Принцип дії, будова приладів електростатичної системи.

8. Основні складові електромеханічних приладів безпосередньої оцінки.

9. Рівномірні і нерівномірні шкали, ціна поділки.

10. Чому прилади магнітоелектричної системи безпосередньо змінні ел. величини не вимірюють?

Література

Л1 стор.74 – 83; Л2 стор. 388 – 408; Л3 гл.5 стор. 72 – 94; Л5 гл.11 стор.330 – 334; Л4 гл.2 стор. 158 – 170.

Тема 2.2. Прилади порівнянь.

1. Загальна характеристика приладів.

Це цілий ряд і систем приладів електромеханічної дії , де результат виміру формується не безпосередньо , а шляхом порівняння з деяким рівнем , еталоном (мірою). Такі прилади кваліфікуються як ручної так і автоматичної дії і по другим параметрам. Прилади порівнюють характеризуються високою точністю вимірів електричних (і не електричних) величин. Все це забезпечує точні виміри R,L,C, особливо їх малих значень. До таких приладів відносяться вимірювальні мости змінного та постійного логометри, потенціометри і др.

2. Вимірювальні мости постійного струму.

Широко застосовуються для точних вимірів опорів R, а також не електричних величин (t^°, тиску і т.п.) електричними методами.

Назва приладів походить від мостового з`єднання елементів в виді квадрату чи ромбу. Спрощена схема вимірювального мосту має вид :

Рис.2.6.Спрощена схема моста постійного струму

В одну діагональ моста (а, b) подається низьковольтна U живлення , а в другу (с, d) вмикається гальванометр Г.

Гальванометр – високочутливий прилад магнітоелектричної системи (ціна поділки - 2*10^-8 А), з 0 посередній шкали.

Мост врівноважений коли показання гальванометра – 0, тобто , коли між точками показання потенціалів – 0В.

Такий стан має місце при слідуючих умовах врівноваження :

I₁·R₁ = I₃·R₃

I₂·R₂ = I₄·R₄

Звідси: , а I1=I2; I3=I4

Отримуємо:
- умова балансу моста

З умови балансу наприклад

В реальних приладах R1,R2 замінюються реохордом, фрагмент схеми мости при цьому :

Рис. 2.7. Заміна K1,R2 реохордом в схемі мосту

Реохорд – високо стабільний , високоточний змінний R, зі шкалою та верньєром.

Т.ч. роботи такого мосту проходить слідуючим шляхом.

Замість R4 підключається вимірювальний опір – Rх.

Прикладом такого приладу є мост Р – 333 , який забезпечує вимір R в діагоналі 0,005 /999999,999 Ом.

3. Вимірювальні мости змінного струму.

Застосовуються перш за все для точних вимірів реактивних елементів L та C.

Так для вимірів L в схемі мосту (рис. 2.7) елементи Змінить на L, а напруга живлення – змінна.

По аналогії , по таких же прикладах будується мости змінного струму для вимірів Сх.

Елементи мосту – С , живлення – змінна U .Значення вимірювальної ємкості Сх. знаходять по шкалі

В реальних приладах , необов’язково всі елементи мосту котушки L чи C.

Прикладом універсальних мостів (вимірюють C,L,R) є Е2- 12 (ум - 3) та Е2-8.

Вимірювальний мости Е7-8 автоматичної дії , цифровий. Достатньо під єднати вимірювальний елемент і нажати кнопку «Вимірів» - прилад визначить вид елементу (R,L чи C) і результат вимірювань на цифровий індикатор з точністю до тисячних.

Це прилад магнітоелектричної системи , які вимірюють відношення 2*х струмів – І₁ і І₂.

Конструктивно – 2 рамки з кутом між собою , на захисній осі – знаходяться в стаціонарному магнітному полі постійного магніту. На рамки діють механізм колотки повороту , назустріч один одному. В результаті рамки (стрілка приладу) повертаються в сторону більшого механічного моменту – М. Поворот закінчується коли М1=М2 т.д. по рамках протікають відповідні струми І₁ та І₂ то кут повороту рамок (стрілки);

Логометри широко застосовуються для вимірів електричних і не електричних параметрів : f,γ, t^°, R, φ тощо.

Рис.2.8. Схема вмикання логометра для дистанційного виміру t° об’єктів.

В схемі датчик t° (терморезистор ) установлюється на об’ємі (наприклад – на колі котельної ).

Стрілка приладу відхиляється : і по шкалі знаходить значення t°.

Логометри часто застосовуються обмежувачами кута повороту стрілки (min – max параметру), які зв’язані з автоматикою контролю.

Контрольні питання

1. Охарактеризуйте метод порівнянь в системі електричних вимірювань.

2. Мости постійного струму – умови балансу моста.

3. Методика вимірювань R мости постійного струму.

4. Мости змінного струму. Методика вимірювань L_x/

5. Мости змінного струму. Принципи роботи логометрів – приладів магнітоелектричної системи.

6. Методика вимірів t⁰ і інших величин логометром.

Література

Л2 стр.431-439;

Л5 Гл 11стр 357- 359.

Тема 2.3 Електронні вимірювальні прилади

Електричні вимірювальні прилади електромеханічних систем з безпосередньою оцінкою вимірювальних параметрів і на даний період є основними в сільському господарстві. Це , перш за все , щитові прилади (А,V), прилади контролю електричних величин в технологічному обладнанні, вимірювальні різноманітні прилади.

Але з ростом енергозабезпеченості, технічнім прогресом в різних галузях все більшого значення набувають електронні вимірювальні прилади. Особливе слід відмітити технологічне обладнання по переробці сільськогосподарської продукції, електровимірювальні прилади, прилади профілактичних випробувань електрообладнання, лабораторні дослідження. Розширення сфер застосування електричних вимірювальних приладів пояснюється перш за все тим, що приладам електромеханічних систем (як і взагалі механічним системам) характерні такі основні недоліки:

- відносно висока складність (як приладів точної механіки), а відносно і висока вартість,

- низька бистродія,

- невисокий клас точності (0,2 вже практично поріг),

- в багатьох випадках чутливість до зовнішніх електричних та магнітних полів,

- низька стійкість до електричних та механічних перевантажень,

- не забезпечують на високому технічному рівні реєстрації значень вимірювальних параметрів.

- практична неможливість роботи в автоматизованих системах, в системах з дистанційною передачею даних і т.п.

Електронні вимірювальні прилади завданими поєднанню електронних компонентів та пристроїв з електромеханічним приладом (а в багатьох випадках тільки на електроніці) забезпечують зведення недоліків до мінімуму і принципіальна нові можливості.

1. Загальна класифікація електричних вимірювальних приладів.

Електронні вимірювальні прилади по принципу по базова та методичні вимірів, перш за все, можна поділити на дві величини групи:

- аналогові електронні вимірювальні прилади;

- цифрові електронні вимірювальні прилади.

В аналогових приладах основними функціональними вузлами є різні електронні вимірювальні пристрої. В більшості із них в якості вихідних пристроїв приміняться магнітоелектричні механізми, а в деяких – електронно-променеві трубки чи дисплеї.

А налоговими такі прилади називаються тому, що їх показання є неперервними функціями вимірювальних величин, які в свою чергу можуть прийняти любі значення в вимірюваному діапазоні. В аналогових приладах широко приміняться шкально-верньєрні пристрої, регулятори рівнів, перемикачі, індикатори тощо, забезпечуючи високі технічні та ергономічні показники.

В цифрових вимірювальних приладах вхідний сигнал (параметр) передвоюється в дискретний вихідний і зо ображається в цифровій формі. Таким чином, аналогова величина перетворюється в відповідній цифровий код, який обробляється в електронних схемах і результат відміну виводиться на цифровий індикатор.

Процес перетворення аналогової форми сигналу в цифрову забезпечується за допомогою основного вузла – каналового – цифрового перетворювана (АЦП). АЦП – центральний у сирій цифрових приладів, так як від якості його роботи залежить величина похибки перетворення, тобто клас приладу. В сучасних приладах АЦП – це спеціалізовані мікросхеми, наприклад К572ПА…, К 572 ПВ…(10/12 розрядні).

Цифрові вимірювальні прилади забезпечують дуже високу точність вимірів (мають високий клас), легко монтуються в автоматизовані системи та комплекси, мають високу бистродію, надійність. При сучасному рівні технології їх виготовлення , такі прилади навіть дешевші аналогових чи електромеханічних.

АЦП перетворюють аналоговий вхідний сигнал в багаторядний (послідовний чи паралельний) код. В спрощеному вигляді, наприклад рівень вхідної напруги в діючому коді можна показати слідую чим чином:

Рівень ОВ – відповідний код 0000

Рівень 1В – відповідний код 0001

Рівень 2В - відповідний код 0010

Рівень 3В – відповідний код 0011

Рівень 4В – відповідний код 0100 і тд.

В реальних цифрових вимірювальних приладах побудована проводиться в 8 річних чи 16 річних системах.

2. Аналогові електронні вольтметри.

Головний недолік простих вольтметрів електромеханічних систем – відносно невисокий вхідний опір. При вимірах в резонансних колах, в електронних системах на колових транзисторах і т.д. , їх застосування приводить до невеликих похибок вимірювань, чи взагалі недопустиме. Для того щоб не шустувати такі схеми вимірів вольтметр повинен мати високий вхідний опір (порядку 10 мОм.) Електронні вольтметри мають високий вхідний опір, значений діапазон вимірювальних напруг (мкВ/кВ).

Принцип побудови електронного вольтметра змінної напруги: приведений на рис. 2.9:

Рис. 2.9. Аналоговий електронний вольтметр змінної напруги.

Атенюатор – ділянок вхідної напруги (як правило резистор ний), плавного регулювання чи дискретного тиску. Забезпечує широкий діапазон вимірюваної напруги.

Вимірюваний підсилювач – його основне призначення: забезпечення високого вхідного опру приладу і підсилення слабих сигналів. В приладах старих типів підсилювачі будувались на електронних ланках (ланкові вольтметри).

В сучасних приладах підсилювачі реалізуються на транзисторах (як польових) чи мікросхемах.

Вимірювальний вимикач забезпечує роботу вимірювального приладу (ВП) магнітоелектричної системи (мкА, мА).

Для аналізу електронних вольтметрів постійної напруги розглянемо принципіальну схему реального приладу (рис 2.2.). Вольтметр має такі технічні характеристики.

- Діапазон вимірювальних напруг 0/60В , розбитий на Н під діапазони: 0/1,5В, 0/6В, 0/15В,0/60В.

- Вхідний опір ≥ 10мОм.

- Електроживлення від батареї 4,5В

Рис. 2.10. Принципіальна схема електронного вольтметра

Реальні аналогові вольтметри як правило забезпечують виміри змінної та постійної напруги і опору R(наприклад В7-26).

3. Електронні омметри та амперметри.

Електронні аналогові омметри (група Е6)застосовуються для вимірів активних опорів в діапазоні . В їх основі лежать достатньо прості схеми. Електронні аналогові омметри в основному побудовані на двох основних методах вимірів:

- на базі операційних підсилювачів по безпосередньому відмінку вихідної напруги пропорційної величині опору;

- на базі операційних підсилювачів із зворотнім зв’язком.

Структура схема омметра, побудованого по першому методу вимірів має вид:

Рис. 2.11. Структурна схема електронного омметра.

В схемі R₀ – зразковий опір (резистор), R_х – вимірюваний опір.

Напруга на вході підсилювача:

При R₀ >>R_х, U_n пропорційна значенню вимірюваного Rх. Шкала ВП магнітоелектричної системи лінійна відносно Rх градуюється в ом, кОм, мОм.

Припусти роботи електронного (як аналогового так і цифрового) ґрунтується на тому що вимірюваний струм І протікачи через зразковий опір R дає падіння напруги U, яка і вимірюється відомими методами:

U=І х R, тобто U≡І.

Читайте також:

1. Логометри
2. Логометри та автоматичні мости

Переглядів: 3545