Електричні вимірювання. Визначення і класифікація засобів і методів електричних вимірювань. Похибки приладів та вимірювань. Аналогові електромеханічні вимірювальні прилади

Лекція 6

Тема: Електричні вимірювання

План лекції

1. Визначення і класифікація засобів і методів електричних вимірювань.

2. Вмикання електровимірювальних приладів і поширення границь вимірювань.

3. Похибки приладів та вимірювань.

4. Аналогові електромеханічні вимірювальні прилади.

1. Визначення і класифікація засобів і методів електричних вимірювань

Вимірюванням називається процес порівняння дослідним шля­хом фізичної величини X з її одиницею (відтворюваною мірою) М, результат якого виражається числом D, а саме X - MD або D = Х/М.

Для вимірювань користуються наступними технічними засобами.

Найбільш точна міра - еталон, який використовують для атестації зразкових мір, а за ними, в свою чергу, встановлюють робочі міри, що застосову­ються у виробничій і лабораторній практиці.

В електровимірювальних приладах таке перетворення здійснюється за допомогою електричного струму.

Електричними методами можна виміряти практично всі елект­ричні величини, а також значну кількість неелектричних величин. Ці методи характеризуються високими точністю і чутливістю, широким діапазоном вимірювань, можливістю передачі результатів на великі відстані, швидкодією, порівняно малими габаритами технічних засо­бів та ін. Електричні вимірювання ефективні для автоматичного конт­ролю і керування технологічними процесами, для сигналізації. При­чому отримана інформація може безпосередньо вводитися в ЕОМ.

За родом вимірювальної величини електровимірювальні при­лади розподіляються на вимірники напруги - вольтметри У, вимірники струму - амперметри А, вимірники опору - омметри Ω, вимірники активної потужності - ваттметри W, вимірники електроенергії - лічильники кіловатт-годин kWh, вимірники зсуву фаз - фазометри φ, вимірники частоти - частотоміри Hz та ін. Існують також комбіновані прилади, які дозволяють прово­дити виміри різних величин.

За видом отриманої вимірювальної інформації розрізняють прилади, що показують, реєструють, друкують, інтегрують, а також самописні і підсумовуючі.

Прилади також розподіляються на аналогові та цифрові.

В аналогових результат має вигляд неперервної функції вимі­рювальної величини; в цифрових автоматично виробляються дис­кретні сигнали (з деяким часовим інтервалом) і результати вида­ються в цифровій формі.

За принципом дії і конструктивною реалізацією прилади можуть бути електромеханічними або електронними. У перших використовуються елементи, що електромеханічне взаємодіють та переміщуються.

У других основними функціональними елемен­тами є електронні блоки і ланки.

У залежності від способу отримання числового значення вимі­рювальної величини вимірювання підрозділяються на чотири види: прямі, непрямі, сукупні і спільні.

Пряме вимірювання безпосередньо дає значення шуканої величини: наприклад, вольтметром отримують значення вимірю­вальної напруги.

Непрямим називають вимірювання, при якому шукане зна­чення вираховують на основі відомої залежності між цією вели­чиною і величинами, що підлягають прямим вимірам. Наприклад, питомий електричний опір матеріалу отримують шляхом прямих вимірювань довжини, площі перерізу й електричного опору зразка із конкретного матеріалу.

Наприклад, для поділу втрат потужності в магніто-проводі проводять два досліди при живленні котушки збудження напругою з різними частотами, вимірюючи кожний раз визначе­ний ряд величин.

Спільні виміри складаються з прямих вимірів декількох фізичних величин в умовах, що змінюються, і наступного нахо­дження залежності між цими величинами. Наприклад, експери­ментальне визначення електричного опору і температурного кое­фіцієнта опору при різних температурах.

Крім того, розрізняють два методи вимірювань: прямим перетворюванням і порівнянням з мірою. У першому випадку вимірювальна величина перетворюється на вимірювальний сиг­нал, і її значення видається безпосередньо на відліковий при­стрій приладу. В другому - вимірювальна величина порівню­ється з мірою того ж роду,каліброване значення якої підбирається до встановлення рівності, що фіксується за показом індика­тора - чутливого приладу.

2. Вмикання електровимірювальних приладів і поширення границь вимірювань

Розглянемо три найбільш розповсюджених прилади, умовні позначення яких подані на рис. 10.1.

Струмові кола приладів, які є, наприклад, в амперметрі РА і ваттметрі РW, вмикаються послідовно з навантаженням Z_н і пови­нні мати відносно нього несумірно малий внутрішній опір Р_А. Кола напруги, які є, наприклад, у вольтметрі РV і ваттметрі РW, вмика­ються паралельно навантаженню Z_H і повинні мати відносно нього несумірно більший внутрішній опір R_V. У приладів, що мають оби­два кола, наприклад, у ваттметра і фазометра, однойменні (вхідні з боку джерела) затискачі вимірювальних котушок напруги U і струму І маркуються зірочкою або точкою (рис. 10.1).

При виборі приладу, поряд з іншими класифікаційними озна­ками, орієнтуються перш за все на його границі вимірювання: І_м - струмових кіл і U_м - кіл напруги. Існують як однограничні, так і багатограничні прилади, причому, якщо у приладі є обидва кола, наприклад у ваттметрі, то границі І_N і U_N вибирають незалежно.

В аналогових приладах з одним вимірювальним колом ціну поділки шкали