Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Электрические измерения

Измерение – это процесс определения физической величины с помощью технических средств.

Мера – это средство измерения физической величины заданного размера.

Измерение электрических величин, таких, как напряжение, сопротивление, сила тока, мощность. Измерения производятся с помощью различных средств – измерительных приборов, схем и специальных устройств. Тип измерительного прибора зависит от вида и размера (диапазона значений) измеряемой величины, а также от требуемой точности измерения. В электрических измерениях используются основные единицы системы СИ: вольт (В), ом (Ом), фарада (Ф), генри (Г), ампер (А) и секунда (с).

Меры и приборы подразделяются на образцовые и рабочие. Образцовые меры и приборы служат для поверки по ним рабочих средств измерений. Рабочие меры и приборы служат для практических измерений.

Измерение тока производится прибором, называемым амперметром. Существуют четыре схемы включения амперметра в цепь. Первые две (рисунок 1) предназначены для измерения постоянного тока, а две вторые схемы – для измерения переменного тока.

Рисунок 1 – Схемы измерения тока

R_ш – сопротивление шунта; ИТТ – измерительный трансформатор тока

Вторая и четвертая схемы применяются в тех случаях, когда номинальные данные амперметра меньше измеряемой величины тока. В этом случае при определении истинного значения тока нужно учитывать коэффициент преобразования:

I_ист = I_изм k_пр

где I_ист – истинное значение тока, I_изм – измеренное значение тока, k_пр – коэффициент преобразования.

Измерение напряжения производится вольтметром. Здесь также возможны четыре различных схемы подключения прибора.

Рисунок 2 – Схемы измерения напряжения

R_доп – дополнительное сопротивление; ИТН – измерительный трансформатор напряжения

В этих схемах также используются методы расширения пределов измерения напряжения (вторая и четвертая схемы).

Чаще всего измерение мощности осуществляется одним прибором – ваттметром. Как было сказано ранее, для измерения мощности лучшей является электродинамическая система.

Ваттметр снабжен двумя измерительными элементами в виде двух катушек: последовательной и параллельной. По первой катушке течет ток, пропорциональный нагрузке, а по второй – пропорциональный напряжению в сети. Угол поворота подвижной части электродинамического ваттметра пропорционален произведению тока и напряжения в измерительных катушках:

α = k I U = k P

Рисунок 1 – Схема включения ваттметра

Электрическое сопротивление в цепях постоянного тока может быть определено косвенным методом при помощи вольтметра и амперметра. В этом случае:

R = U / I

Приборы для измерения электрического сопротивления

Можно использовать омметр – прибор непосредственного отсчета. Существуют две схемы омметра:

Рисунок 1 – Схемы включения омметра а – последовательная; б – параллельная

Уравнение шкалы последовательной схемы измерения:

где Г – сопротивление цепи гальванометра. При U = const угол поворота подвижной части прибора определяется величиной измеряемого сопротивления Rx. Поэтому шкала прибора может быть непосредственно проградуирована в Омах. Ключ K используется для установки стрелки прибора в нулевое положение. Омметры параллельного типа удобнее применять для измерения небольших сопротивлений.

Измерение сопротивлений можно также осуществлять логометрами. На рисунке 2 приведена принципиальная схема логометра.

Рисунок 2 – Схема логометра

Для этой схемы имеем:

Отклонение подвижной части логометра:

Таким образом, показание прибора не зависит от напряжения источника питания и определяется величиной измеряемого сопротивления Rx.

Приборы с магнитоэлектрической системой содержат постоянный магнит – 1, к которому крепятся полюса – 2. В межполюсном пространстве расположен стальной цилиндр – 3 с наклеенной на него рамкой – 4. Ток в рамку подается через две спиральные пружины -5. Принцип действия прибора основан на взаимодействии тока в рамке с магнитным полем полюсов.

Прибор магнитоэлектрической системы

Это взаимодействие вызывает вращающий момент, под действием которого рамка и вместе с ней цилиндр повернутся на угол. Спиральная пружина, в свою очередь, вызывает противодействующий момент.

Приборы с электромагнитной системой имеют неподвижную катушку – 1 и подвижную часть в виде стального сердечника – 2, связанного с индикаторной стрелкой – 3 противодействующей пружины – 4.

Измеряемый ток, проходя по катушке, намагничивает сердечник и втягивает его в катушку. При равенстве вращающего и тормозящего моментов система успокоится. По углу поворота подвижной части определяют измеряемый ток (см. измерение тока).

Среднее значение вращающего момента пропорционально квадрату измеряемого тока:
Так как тормозящий момент, создаваемый спиральными пружинами, пропорционален углу поворота подвижной части, уравнение шкалы прибора запишем в виде:

Другими словами, угол отклонения подвижной части прибора пропорционален квадрату действующего значения переменного тока.

Электродинамическая система представляет собой две катушки, одна из которых неподвижная, а другая – подвижная. Обе катушки подключаются к сети, и взаимодействие их магнитных полей приводит к повороту подвижной катушки относительно неподвижной.

Из уравнения α = k’ I₁ I₂ видно, что шкала электродинамической системы имеет квадратичный характер. Для устранения этого недостатка подбирают геометрические размеры катушек таким образом, чтобы подучить шкалу, близкую к равномерной.

Эти системы чаще всего используются для измерения мощности, то есть в качестве ваттметров, тогда:

α = k’ I U cosφ = k’ P

В этом случае шкала ваттметра равномерная.

Приборы индукционной системы получили широкое распространение для измерения электрической энергии. Принципиальная схема прибора приведена на рисунке.

Индукционная система

Принцип действия индукционной системы основан на взаимодействии магнитных потоков, создаваемых катушками тока и напряжения с вихревыми токами, наводимыми магнитным полем в алюминиевом диске.

Электрический счетчик содержит магнитопровод – 1 сложной конфигурации, на котором размещены две катушки; напряжения – 2 и тока – 3. Между полюсами электромагнита помещен алюминиевый диск – 4 с осью вращения – 5.

⇐ Предыдущая 14 15 16 17 181920 21 22 23 Следующая ⇒