Основные понятия метрологии. Классификация измерений. Абсолютная и относительная погрешность измерений. Виды (природа) погрешности измерений физических величин. Прямое равноточное измерение и его нормирование метрологические характеристики., страница 5

Работа приборов основана на магнитном взаимодействии полей катушек, подвижной и неподвижной. Уравнения шкалы этих приборов: . Если по катушкам будет протекать одинаковый ток, то угол фазы сдвига будет равен 0, а значение токов одинаковые. В этом случае приборы данной системы можно использовать в качестве амперметров и вольтметров, соответственно при последовательном и параллельном подключении к нагрузке. Для вольтметров такое включение катушек между собой полностью оправдано.

- катушка тока (Делается толстым проводом с малым числом витков)

- Катушка напряжения (малый провод большое количество витков)

Для вольтметров параллельное включение катушек бессмысленно.

Для амперметра электродинамических систем параллельное включение катушек возможно, поскольку это уменьшение внутреннего сопротивление прибора, но возникает cos фазового сдвига между токами катушки

25. Работа и устройство однофазного индукционного счетчика.

Предназначен для учета активной энергии потребляемой нагрузки. Основными частями являются катушка тока, катушка напряжения, легкий алюминиевый диск, который может вращаться вокруг вертикальной оси. Катушки намотаны на ферромагнитный сердечники с прорезями для дисков. Работает только в цепи переменного тока. Для нормальной работы счетчика его диск должен вращаться с постоянной угловой скоростью, пропорциональной активной энергии, потребляемой нагрузкой. При этом формула счетчика: W=C₀N, где С₀ – номинальная постоянность счетчика из его паспортных характеристик, N – количество оборотов диска за время t.

Вращающий момент диска: М_вр=KIUcosφ. Противовращающий момент, необходимый для равномерного вращения диска, создается включением постоянного магнита, силовые линии которого пересекают вращающий диск. Благодаря действию силы Ампера возникает магнитное торможение диска и противовращающий момент: М_пр.вр.=K₁w. Приравняем: Kp=K₁w (умножим все на t) → pt=K₂wt → (N=φ/2π) → K₂2π=C_H → W_сч=C_HN.

В качестве такой нагрузки могут быть использованы: реальный конденсатор или катушка индуктивности. Каждый из этих элементов имеет некоторое активное сопротивление потерь. В качестве Z_H используется катушка индуктивности X_L; если отключить лампу накаливания, то ток через реактивный элемент будет малым по величине, поэтому вначале включается лампа накаливания, измеряется ток через лампу, а затем включается реактивный элемент и измеряется общий ток, тогда разность этих токов даст ток через катушку. Ток и напряжение на реактивном элементе известны. Определим cosφ из треугольника сопротивлений. В итоге придем к выводу, что

26. Формула счётчика электрической энергии.

На электрической схеме индукционный счётчик изображается так же как и активный ваттметр.

К нагрузке эти катушки подключаются также как и у активного ваттметра

. Вращающий момент диска определяется такой же формулой, как и вращающий момент электродинамического ваттметра .                                     

 Противовращающий момент создаётся путём включения постоянного магнита силовые линии поля которого пересекают вращающий диск.

Магнитные потоки катушек 1 и 2 наводят во вращающиеся диски вихревые токи – токи Фуко. При пересечении вихревым током силовых линий магнитного поля, постоянного магнита благодаря действию силы Ампера возникает магнитное торможение диска и соответственно противовращающий момент

. При некоторой угловой скорости вращения устанавливается равенство момента и в дальнейшем диск вращается с постоянной угловой скоростью ..

Умножим на некоторый произвольный момент времени t (t вращения счетчика)

; , где  - количество оборотов диска=N.

(1)

 – номинальная постоянная счётчика определяющаяся по паспортным данным.

27. Определение параметров комплексной нагрузки.

В качестве такой нагрузки может быть использован реальный конденсатор или катушка индуктивности. Каждый из этих реактивных элементов имеет некоторое сопротивление потерь.

Предположим, что в качестве  используется катушка индуктивности, если отключить лампочку накаливания и включить только реактивный элемент, ток будет мал неизмерится амперметром. Потому вначале включается лампа накаливания и измеряется ток через лампу, затем подключается параллельно реактивный элемент и измеряется общий ток, тогда разность в этих токах даст нам действительное значение тока через катушку.

Определяем  нагрузки.

L – (Напряжение опережает ток)

С – (Ток опережает напряжение)

Z – Полное сопротивление цепи или модуль комплексного сопротивления нагрузки

Фазовый сдвиг тока и напряжения можно определить как угол между Z и действительной осью.  Если обе части умножить на ток, то мы получим коэффициент мощности , где N – полная мощность.

; .

28. Погрешность вносимая амперметром в изменение тока.

Рассмотрим электрическую цепь

В паспорте N, , r (внутреннее сопротивление)

;

Тогда абсолютная погрешность будет равна 

Вывод: погрешность, вносимая амперметром будет тем меньше, чем меньше внутреннее сопротивление амперметра по сравнению с сопротивлением нагрузки.

29. Погрешность  вносимая вольтметром в измерения напряжения нагрузки.

Рассмотрим схему.

Характеристики по паспорту: ,  ()

Истинное значение напряжения нагрузки найдётся в том случае, если вольтметр будет выключен . При подключении вольтметра значение тока амперметра изменится

, тогда абсолютная погрешность вносимая , а относительная погрешность

Вывод: Погрешность, вносимая вольтметром, в измерения будет тем меньше, чем больше внутреннее сопротивление вольтметра по сравнению с сопротивлением нагрузки.

. Такие вольтметры: Электростатической системы, либо осциллографы, используемые в качестве вольтметров

30. Расчет шунта для амперметра.

Опр: Шут – малое активное сопротивление, подключаемое параллельно амперметру для увеличения пределов его измерения (для увеличения номинального тока амперметра).

Сопротивление шута подбирается таким образом, чтобы при новом номинальном значении тока стрелка прибора отклонялась на всю шкалу. Тогда если в неразветвлённой цепи и стрелка амперметра отклонится на всю шкалу, это означает, что в узле 1 произошло разветвление тока. Зададим коэффициент преобразования тока , тогда (1) ; ; ; (2) – расчётное сопротивление для определения сопротивления шунта.