• 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

Тлумачний словник
Авто
Автоматизація
Архітектура
Астрономія
Аудит
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Винахідництво
Виробництво
Військова справа
Генетика
Географія
Геологія
Господарство
Держава
Дім
Екологія
Економетрика
Економіка
Електроніка
Журналістика та ЗМІ
Зв'язок
Іноземні мови
Інформатика
Історія
Комп'ютери
Креслення
Кулінарія
Культура
Лексикологія
Література
Логіка
Маркетинг
Математика
Машинобудування
Медицина
Менеджмент
Метали і Зварювання
Механіка
Мистецтво
Музика
Населення
Освіта
Охорона безпеки життя
Охорона Праці
Педагогіка
Політика
Право
Програмування
Промисловість
Психологія
Радіо
Регилия
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Технології
Торгівля
Туризм
Фізика
Фізіологія
Філософія
Фінанси
Хімія
Юриспунденкция

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.