Изучение электроизмерительных приборов (Лабораторная работа № 30)

Лабораторная работа № 30

ИЗУЧЕНИЕ  ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ  ПРИБОРОВ

Цель работы: изучить характеристики и системы электроизмерительных приборов.

Принадлежности:  электроизмерительные приборы, реостат, шунты.

1. ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Электрические измерения имеют своей задачей непосредственное измерение электрических величин (силы тока, напряжения, мощности тока, сопротивления проводников), а также измерение неэлектрических величин электрическими методами (температуры, давления, силы света, силы звука).

Электроизмерительные приборы делятся на приборы непосредственной оценки и приборы сравнения.

Приборы непосредственной оценки  показывают числовое значение измеряемой величины: амперметр показывает силу тока, ваттметр – мощность тока и т.д.

Приборы сравнения – это такие, в которых измеряемая величина сравнивается с соответствующей мерой, например, измерительный мост даёт возможность сравнить измеряемое сопротивление с образцовой мерой сопротивления.

Точность и чувствительность приборов сравнения выше, но само сравнение требует времени и труда для регулирования прибора. Измерение приборами непосредственной оценки проще, быстрей и дешевле.

Важнейшей характеристикой электроизмерительного прибора (ЭП) является  точность его показаний. Как бы тщательно не был изготовлен прибор, его показания всегда отличаются от истинного значения измеряемой величины. Разность между показанием прибора    и  действительным  значением    измеряемой величины называется абсолютной погрешностью прибора, .

Приведенной погрешностью  ЭП  называется отношение абсолютной погрешности прибора к верхнему пределу измерения, то есть к наибольшему значению  , которое можно измерить по полной шкале прибора. Приведенная погрешность выражается в процентах

.

По степени точности  ЭП  разделяются на 5 классов  (ГОСТ  1845 – 42), обозначаемых цифрами:  0,2 ; 0,5 ;  1,0 ; 1,5 ; 2,5. Каждая цифра равна максимально допустимой приведенной погрешности данного прибора, например, цифра 1,5  означает,  что  f = 1,5% . Допустимая максимальная погрешность одинакова для всей шкалы и указана на передней панели прибора. Возможная относительная погрешность прибора равна отношению абсолютной ошибки данного измерения  DZ  к данному значению  Z. Если измеренная величина  Z  взята в первой половине шкалы, то абсолютная ошибка может оказаться большой. Поэтому рекомендуется  по возможности не пользоваться при измерениях начальной частью шкалы, то есть производить измерения во второй половине шкалы, ближе к её максимуму.

По классу точности  прибора определяется абсолютная ошибка

данного измерения

,   .

Например,  ЭП  прибор  имеет класс точности  0,5, то есть 

f = 0,5 %. Если  предел измерений прибора равен  200 В, то максимальная абсолютная ошибка измерения при отклонении стрелки прибора на полную шкалу равна      

Результат измерения запишется в виде  .

Другой характеристикой прибора является цена деления шкалы. Цена  деления равна числовому значению измеряемой величины, которое вызывает отклонение стрелки прибора на одно минимальное (наименьшее) деление шкалы. Цену деления можно вычислить, разделив предел измерения    прибора на число  N  делений шкалы   Единицы измерения   и   т. д.

Величина, обратная цене деления, называется чувствительностью прибора       .

Чувствительность равна числу делений шкалы, на которое отклоняется стрелка при условии, что измеряемая величина равна единице  (1В, 1А, и  т.д.)

Например, вольтметр с пределом  200В имеет на шкале 100 делений. Тогда 

;   .

1. 2   СИСТЕМЫ  ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

                                НЕПОСРЕДСТВЕННОЙ   ОЦЕНКИ

Электроизмерительные приборы классифицируются по системам в зависимости от того, какое физическое явление используется в данном приборе для создания вращающего момента системы, с которой связана стрелка прибора.

Часто встречаются следующие системы  ЭП: магнитоэлектрическая, электромагнитная, электродинамическая  и  индукционная.

1.2.1 Магнитоэлектрическая система  ЭП.

В приборах используется взаимодействие магнитного поля  постоянного магнита и магнитного поля  проводника с током. Ток проходит по катушке 1, которая поворачивается в поле сильного постоянного магнита 2  из высококоэрцитивной стали (рис. 1.1).

Сила, действующая на каждый проводник катушки, равна силе Ампера

где  F_A –  сила Ампера, Н; I – сила тока, А;

– активная длина проводника, м.

Катушка имеет  N  витков и диаметр  .

Вращающий момент силы Ампера равен

.

Площадь катушки     Тогда

Рис. 1.1

Вращающий момент прямо пропорционален силе тока, и угол поворота катушки с током прямо пропорционален измеряемому току. Прибор имеет равномерную шкалу.

При изменении направления тока в катушке изменяется и направление вращающего момента. Поэтому при переменном токе промышленной частоты подвижная система прибора, испытывая быстро чередующиеся импульсы противоположного направления, не будет отклоняться от нулевого положения.