 |
Глава 3. Электроизмерительные приборы
|
|
|
|
Электроизмерительные приборы используют для измерения параметров электрических цепей переменного и постоянного тока — сопротивления, емкости, индуктивности, напряжения, тока и т.д.
При классификации электроизмерительных приборов по наименованию единицы измеряемой величины на шкале прибора пишут полное его наименование или начальную латинскую букву единицы измеряемой величины, например: амперметр — А, вольтметр — V, ваттметр — W и т. д.
Для многофункциональных приборов эти обозначения указывают у переключающих устройств и сочетают с наименованием прибора, например «вольтамперметр». К условной букве наименования прибора может быть добавлено обозначение кратности основной единицы: миллиампер — mА, киловольт — kV, и т. д. (таблица 3.1.)
Таблица 3.1. Обозначения на шкалах электроизмерительных приборов
| Наименование прибора | Условное обозначение |
| Амперметр | А |
| Вольтметр | V |
| Вольтамперметр | VA |
| Ваттметр | W |
| Варметр | Var |
| Микроамперметр | μА |
| Миллиамперметр, милливольтметр | мA, mV |
| Омметр | Ω |
| Мегаомметр | МΩ |
| Частотомер | Hz |
| Волномер | 
|
| Фазометр: измеряющий сдвиг фаз | 
|
| измеряющий коэффициент мощности | 
|
| Счетчик ампер-часов | Ah |
| Счетчик ватт-часов | Wh |
Классификация электроизмерительных приборов по роду тока позволяет определить, в цепях какого тока можно применять данный прибор. Род тока обозначают условными знаками на шкале прибора. Промышленностью выпускаются приборы для измерения электрических величин в цепях переменного и постоянного тока, а также комбинированные приборы. На приборах переменного тока указывают номинальное значение частоты или диапазон частот, при которых их применяют. Если на приборе не указан диапазон рабочих частот, то он предназначен для измерений в установках с частотой 50 Гц.
|
|
|
В таблице 3.2. показаны основные обозначения на шкалах электроизмерительных приборов.
Таблица 3.2. Обозначения на шкалах электроизмерительных приборов
| Значение условного обозначения | Условное обозначение | ||
| Прибор постоянного тока | — | ||
| Прибор постоянного и переменного тока | ~ | ||
| Прибор переменного тока | ~ | ||
| Прибор трехфазного тока | 
| ||
| Рабочее положение шкалы горизонтальное | ┌┐ | ||
| Рабочее положение шкалы вертикальное | ┴ | ||
| Рабочее положение шкалы наклонное, под углом 60° к горизонту | 600 | ||
| Прибор класса точности 0,5 | 0,5 | ||
| Измерительная цепь изолирована от корпуса и испытана напряжением 2 кВ | 
|
Классификация приборов по классу точности. У приборов, класс точности которых выражается одним числом, основная приведенная погрешность в рабочем диапазоне шкалы, выраженная в процентах, не превышает значения, соответствующего классу точности.
Выпускают приборы следующих классов точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0. Для счетчиков активной энергии шкала классов точности несколько другая: 0,5; 1,0; 2,0; 2,5. Цифру, обозначающую класс точности, указывают на шкале прибора.
В таблице 3.3 перечислены измеряемые величины, методы и приборы для их измерения, обсуждаемые в данной главе.
Таблица 3.3. Измеряемые электрические величины и их характеристики
| Измерения | Приборы | Характеристики |
| Постоянный ток | Магнитоэлектрические измерители | Диапазон измерений 10 мкА...10 А, он может быть расширен до 10 А при помощи шунтов, шкала линейная, точность ± 0,1 % |
| Свето-лучевые гальванометры | Чувствительность 100 мм/мкА, часто используются как нуль-детектор | |
| Мультиметр (тестер) | Диапазон измерений обычно 50 мкА...10 А, точность ± 1 % | |
| Электронные измерители | Диапазон измерений 1 мкА...З А, точность ± 1...2 % | |
| Электронные мультиметры | Диапазон измерений 1 мкА...З А, точность ± 1 %, перепад напряжения 30 мВ | |
| Ферродинамические измерители | Диапазон измерений 0,1...30 А, точность ±0,5 %, шкала нелинейная, измеряют либо постоянный ток, либо переменный ток с частотой до 100 Гц | |
| Электродинамические измерители | Диапазон измерений 5 мА...20 А, шкала нелинейная, измеряют постоянный и переменный ток | |
| Цифровые измерители | Диапазон измерений 200 мкА...2 А, точность ± 0,2 % | |
| Переменный ток | Магнитоэлектрические измерители | Диапазон измерений 10 мА...10 А при использовании токового трансформатора, частотная полоса 50 Гц...10 кГц, точность равна 1 %, измерения корректны только для синусоидальных сигналов |
| Мультиметры | Диапазон измерений обычно 10 мА...10 А, точность ± 2 % | |
| Электронные измерители | Диапазон измерений 1 мкА...З А, точность ± 2...5 %, частотная полоса 20 Гц... 100 МГц | |
| Электронные мультиметры | Диапазон измерений 1 мкА...З А, точность ± 2...5 %, частотная полоса 20 Гц...100 МГц, перепад напряжения 30 мВ | |
| Ферродинамические измерители | Диапазон измерений 0,1...30 А. точность ± 0,5 %, шкала нелинейная, измеряют либо постоянный ток, либо переменный ток с частотой до 100 Гц | |
| Термопарные измерители | Диапазон измерений 2...50 мА. шкала нелинейная, частотная полоса 10 Гц...50 МГц, хрупкость конструкции | |
| Электродинамические измерители | Диапазон измерений 5 мА...20 А, шкала нелинейная, измеряют постоянный и переменный ток | |
| Цифровые измерители | Диапазон измерений 200 мкА...2 А, точность ± 1 %, частотная полоса 45 Гц...1 кГц |
|
|
|
| Измерения | Приборы | Характеристики | |
| Постоянное напряжение | Магнитоэлектрические измерители | Диапазон измерений 50 мВ...100 В при использовании добавочных сопротивлений, шкала линейная, точность ± 0,1 % | |
| Мультиметры (тестеры) | Диапазон измерений обычно 100 мВ...З кВ, точность ± 1 % | ||
| Электронные измерители | Диапазон измерений 15 мВ...1000 В, точность ± 1 %, входное сопротивление около 10 МОм | ||
| Электронные мультиметры | Диапазон измерений 10 мВ...1000 В, точность ± 1 %, входное сопротивление около 100 МОм | ||
| Ферродинамические измерители | Диапазон измерений от 50 В, измеряют либо постоянный ток, либо переменный ток с частотой до 100 Гц, низкое входное сопротивление около 50 Ом/В | ||
| Электродинамические измерители | Измеряют либо постоянный ток, либо переменный ток с частотой до 2 кГц, нелинейная шкала | ||
| Электростатические приборы | Высокое входное сопротивление, высокая точность, измеряют постоянный и переменный ток, диапазон измерений 100...1000 В | ||
| Цифровые измерители | Точность не ниже ± 1 %, входное сопротивление не ниже 10 МОм, диапазон измерений 100 мВ...1000 В | ||
| Сопротивление | Омметры | Нелинейная шкала | |
| Мультиметры (тестеры) | Нелинейная шкала, диапазон измерений 2 кОм...20 МОм, точность ± 3 % | ||
| Электронные измерители | Нелинейная шкала, диапазон измерений обычно 100 МОм. точность ± 3 % в середине шкалы | ||
| Электронные мультиметры | Нелинейная шкала, диапазон измерений до 100 МОм, точность ± 3 % | ||
| Цифровые измерители | Диапазон измерений 200 Ом...1000 МОм, точность не ниже ± 0,1 % | ||
| Мосты Уитстона | Диапазон измерений 1 Ом...10 МОм | ||
| Двойные мосты Кельвина | Диапазон измерений 0,1 мкОм...1 Ом | ||
| Мосты для измерения больших сопротивлений | Измеряют большие сопротивления | ||
| Простые дифференциальные трансформаторные мосты | Высокая точность, требуется немного дополнительных стандартных компонентов | ||
| Двойные дифференциальные трансформаторные мосты | Высокая точность, требуется немного дополнительных стандартных компонентов | ||
| Энергия | Счетчики ватт-часов | Измеряют использованную энергию в электрических сетях | |
| Измерения | Приборы | Характеристики | |
| Переменное напряжение | Магнитоэлектрические измерители | Диапазон измерений 3...3000 В при использовании трансформаторов, шкала линейная, точность ± 0,1 %, частотная полоса 50 Гц...10 кГц | |
| Мультиметры (тестеры) | Диапазон измерений обычно 3 В...3 кВ, точность ± 2 % | ||
| Электронные измерители | Диапазон измерений 100 мкВ...100 В, точность ± 2...5 %, частотная полоса 20 Гц... 100 МГц, входное сопротивление около 10 МОм | ||
| Электронные мультиметры | Диапазон измерений 10 мВ...1000 В, точность ± 2...5 %, частотная полоса 20 Гц...100 МГц | ||
| Ферродинамические измерители | Диапазон измерений от 50 В, измеряют либо постоянный ток, либо переменный ток с частотой до 100 Гц, низкое входное сопротивление около 50 Ом/В | ||
| Термопарные измерители | Частотная полоса 10 Гц...50 МГц, хрупкая конструкция, нелинейная шкала | ||
| Электродинамические измерители | Измеряют либо постоянный ток, либо переменный ток с частотой до 2 кГц, нелинейная шкала | ||
| Электростатические приборы | Высокое входное сопротивление, высокая точность, измеряют постоянный и переменный ток, диапазон измерений 100...1000 В | ||
| Цифровые измерители | Точность не ниже ± 1 %, входное сопротивление 10 МОм, входная емкость 100 пФ, диапазон измерений 100 мВ...1000 В, частотная полоса 10 Гц...10 кГц | ||
| Мощность | Электродинамические измерители | Верхний предел измеряемой мощности 300 В х 20 А. минимум 5 Вт, используются для измерения как в цепи постоянного тока, так и в цепи переменного тока с частотой до 400 Гц, диапазон точности ± 0,1...0,5 % | |
| Электронные измерители | Диапазон измерений 0,1 Вт...100 кВт, частота до 100 кГц, диапазон точности ± 0,5...1 % | ||
| Индуктив-ность | Простые дифференциальные трансформаторные мосты | Высокая точность, требуется немного дополнительных стандартных компонентов | |
| Двойные дифференциальные трансформаторные мосты | Высокая точность, требуется немного дополнительных стандартных компонентов |
|
|
|
|
|
|
| Измерения | Приборы | Характеристики |
| Емкость | Простые дифференциальные трансформаторные мосты | Высокая точность, требуется немного дополнительных стандартных компонентов |
| Двойные дифференциальные трансформаторные мосты | Высокая точность, требуется немного дополнительных стандартных компонентов | |
| Цифровые частотомеры | Диапазон измерений 0...200 МГц. диапазон точности 105...109 | |
| Частота | Фигуры Лиссажу | Используются для измерения коэффициента частоты и фазы сигнала |
| Мосты Вина | Обладают высокой точностью при измерении звукового диапазона частот |
Электроизмерительные приборы состоят из неподвижной и подвижной частей. При измерениях вращающий момент подвижной части уравновешивается противодействующим моментом пружины или какого-либо другого устройства. При таком равновесии показатель прибора фиксирует определенный угол поворота. Устанавливая однозначную зависимость между углом поворота указателя прибора и численным значением измеряемой величины, можно построить шкалу, по которой производится отсчет измеряемой величины.
Шкала прибора служит для проведения отсчета измеряемой величины. Цифры возле делений обозначают либо число делений от нуля шкалы, либо непосредственное значение измеряемой величины. В первом случае для получения значения измеряемой величины в практических единицах нужно определить цену деления шкалы прибора (иногда называемой постоянной прибора) и умножить ее на число отсчитанных делений.
|
|
|
В таблице 3.4. показаны основные типы приборов в зависимости от характера явления, используемого для создания вращающего момента.
Таблица 3.4. Характеристики измерительных механизмов
| Тип измери-тельного механизма, обозначение | Кинематическая схема механизма | Вращающий момент | Уравнение шкалы | Примечание |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
Магнито-электри-ческий
|
| 
| 
или
| I — ток в обмотке рамки;
S — чувстви-тельность; s — активная площадь рамки;
 — число витков обмотки;
В — индукция;
W - удельный противодействующий момент.
|
Электро-магнитный
| 
| 
|
| I - ток в обмотке катушки; L - индуктивность катушки |
Электро-
динами-ческий
| 
| Общее выражение
Для переменного тока
| I1 – ток подвижной катушки;
I2 - ток неподвижной катушки;
M1,2 - взаимная индуктивность между подвижными и неподвижными катушками;  - угол сдвига между токами I2 и I2.
| |
Ферро-динами-ческий
| 
| 
| 
| К, К1 - коэффициенты, определяемые конструкцией измерительных механизмов и выбором системы единиц |
Электро-статичес-кий
| 
| 
| 
| u - напряжение между электродами; С - емкость между электродами. |
|
|
|
