Обозначение Наименование

ИСТОЧНИКИ ТОКА

В нашей лаборатории электрические цепи питаются от следующих источников тока:

1) сеть переменного тока с напряжением 220 В;

2) сеть постоянного тока с напряжением 9В и 12В, розетки пос­тоянного тока имеют знаки полярности (+ и -);

3) химические источники тока (ХИТ); гальванические элементы и аккумуляторы – устройства, в которых химическая энергия активных веществ (окислителя и восстановителя) непосредственно превращается в электрическую энергию.

ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЯ.

ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Существует два основных метода электрических измерений: метод непосредственной оцен­ки и метод сравнения. В методе непосредствен­ной оценки измеряемая величина отсчитывается непос­редственно по шкале прибора. При этом шкала изме­рительного прибора предварительно градуируется по эталонному прибору в единицах измеряемой величи­ны. Как правило, такая градуировка производится на заводе при изготовлении прибора. Достоинства этого метода – удобство отсчета показаний прибора и малая затрата времени на операцию измерения. Метод непосредственной оценки широко применяется в различных областях техники для контроля и регули­рования технологических процессов, в полевых усло­виях, на подвижных объектах и т.д. Недостаток мето­да – сравнительно невысокая точность измерений.

В методе сравнения измеряемая величина сравни­вается непосредственно с эталоном, образцовой или рабочей мерой. В этом случае точность измерений мо­жет быть значительно повышена. Метод сравнения используется главным образом в лабораторных усло­виях, он требует сравнительно сложной аппаратуры, высокой квалификации операторов и значительных затрат времени. В последнее время в аппаратуре срав­нения все шире внедряется автоматизация.

Электроизмерительные приборы непосредственной оценки позволяют отсчитать числовое значение изме­ряемой величины на шкале или цифровом устройстве прибора.

Практика показывает, что при всяком измерении непрерывной величины неизбежна некоторая погреш­ность – разница между измеренным и действи­тельным значениями измеряемой величины: . Эту разницу называют абсолютной погрешностью измерения. Она определяется систематическими и случайными погрешностями при­бора, а также ошибками оператора.

Систематические погрешности изменяются по оп­ределенному закону и возникают вследствие факторов, которые могут быть учтены: влияние внешних условий (температура, радиация, электромагнитные поля), не­совершенство метода измерения, несовершенство изме­рительного прибора.

Случайные погрешности возникают вследствие фак­торов, которые не поддаются непосредственному учету. Оценку случайных погрешностей можно произвести только при очень большом числе повторяющихся из­мерений, используя методы теории вероятностей.

Ошибки оператора (в записи, в определении цены деления прибора и др.), обычно легко выявляемые в ряду наблюдений по значительным отклонениям ре­зультата измерения от средних или примерно ожида­емых значений, исключают из записей и при обработ­ке результатов измерения не учитывают.

Для более полной характеристики измерений вво­дят понятие относительной погрешности измерения :

.

Величины и характеризуют точность измере­ния.

Во многих случаях возникает необходимость оха­рактеризовать точность прибора. Для этой цели вво­дится понятие приведенной погрешности измерения:

,

где – максимальное значение шкалы прибора, т.е. предельное значение измеряемой величины.

Наибольшая приведенная погрешность опреде­ляет класс точности прибора. Если, например, класс точности амперметра равен 1,5, то это означает, что наибольшая приведенная погрешность . Если прибор рассчитан на измерение токов до 15 А, то абсолютная погрешность измерения этим прибором сос­тавит:

А.

Если указанным прибором измерить ток 10 А, то относительная погрешность измерения не превысит:

.

Если тем же прибором измерить ток 1 А, то относительная погрешность измерения не превысит:

.

Этот пример показывает, что при точных измере­ниях прибор следует подбирать так, чтобы значение измеряемой величины приходилось на вторую полови­ну шкалы.

Различают основную и дополнительную погрешнос­ти. Основные погрешности возникают при нормальных условиях работы, указанных в паспорте прибора и условными знаками на шкале. Дополни­тельные погрешности возникают при эксплуатации прибора в условиях, отличных от нормальных (повы­шенная температура окружающей среды, сильные внешние магнитные поля, неправильная установка прибора и др.). Пример оценки дополнительной погрешности будет рассмотрен при выполнении лабораторной работы № 1.

ЧУВТСТВИТЕЛЬНОСТЬ И ЦЕНА ДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Чувствительностью прибора , имеющего равномерную шкалу, называют число делений шкалы , приходящихся на единицу измеряемой величины , т.е. . Например, если шкала миллиамперметра, рассчитанного на 300 mA, имеет 60 делений, то чувствительность прибора равна:

.

Размерность чувствительности зависит от характера измеряемой величины (например, чувствительность прибора к току, напряжению и т.д.).

Величина , обратная чувствительности, называется ценой деления прибора. Она определяет значение электрической величины, вызывающей отклонение на одно деление. В общем случае цена деления представляет собой разность значений измеряемой величины для двух соседних отметок. Цена деления зависит от прибора и от числа делений шкалы. Например, для рассмотренного выше примера цена деления равна:

.

КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ НА ШКАЛЕ

Электроизмерительные приборы классифицируют­ся по различным признакам.

1. В зависимости от основной приведенной погреш­ности электроизмерительные приборы разбиты на классы точности. Класс точности указывается на шкале прибора и обозначает наибольшую приведен­ную погрешность в процентах. Это важнейшая характеристика электроизмерительного прибора, она определяет относительную систематическую погрешность прибора, выраженную в процентах.

Все приборы классифицируются по 9 основным классам точности: 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0. Существуют приборы, классы точности которых являются не основными. Примером таких приборов являются счетчики электрической энергии, для которых класс точности равен 2,0.

Приборы первых пяти классов точности являются особо точными, поэтому они называются прецизионными. Приборы остальных классов точности называются техническими. Для приборов, систематическая погрешность которых больше 4%, класс точности не устанавливается.

По характеру градуировки шкалы приборы делятся на два типа.

К первому типу относятся приборы, у которых абсолютная систематическая погрешность по всей шкале прибора постоянна. Класс точности таких приборов указывается на шкале прибора в виде цифры, например: 1,0.

Ко второму типу относятся приборы, у которых постоянной является относительная систематическая погрешность по всей шкале прибора. Класс точности таких приборов указывается в виде цифры, стоящей в кружочке.

Например, если измерение осуществляется миллиамперметром со шкалой 0–500 mА ( =500mА) класса точности 1,5, то на любой отметке шкалы миллиамперметра абсолютная погрешность прибора равна:

mA.

Зная абсолютную погрешность прибора, можно рассчитать относительную погрешность проведенного в данном опыте измерения. Пусть в опыте рабочее значение измеряемого тока было равно 200 mA, тогда относительная погрешность данного измерения будет равна отношению абсолютной погрешности прибора к рабочему значению измеряемого тока:

.

Таким образом, результат запишется в виде:

.

Для декадных магазинов сопротивлений с классом точности 0,2 погрешность не превышает:

,

где – число декад магазина, показания которых не равны 0, – значение включенного сопротивления.

Абсолютная погрешность будет равна:

.

На шкалу электроизмерительного прибора нано­сятся следующие условные обозначения.

Обозначение Наименование

Класс точности при нормировании погрешности в процентах от предела шкалы

Класс точности при нормировании погрешности в процентах от длины шкалы

Класс точности прибора, выраженный в виде относительной погрешности

2. В зависимости от принципа действия имеются следующие наиболее употребительные системы при­боров.

Прибор магнитоэлектрический с подвижной рамкой

Прибор магнитоэлектрический

Прибор электромагнитный

Прибор электродинамический

Прибор ферродинамический

Прибор индукционный

Прибор электростатический

Прибор магнитоэлектрический с выпрямителем (выпрямительный прибор)

Прибор магнитоэлектрический с электронным преобразователем в измерительной цепи (электронный прибор)

Прибор магнитоэлектрический с электронным преобразователем в измерительной цепи (электронный прибор)

3. По роду измеряемой величины электроизмерительные приборы делятся на следующие типы (см. таблицу 1).

Таблица 1

Обозначение	Измеряемая величина	Название прибора
A	Сила тока	Амперметр
V	Напряжение и ЭДС	Вольтметр
	Электрическое сопротивление	Омметр, мегаомметр
W	Электрическая мощность	Ваттметр
kWh	Электрическая энергия	Счетчик
Hz	Частота переменного тока	Частотомер
H	Индуктивность	Генриметр
F	Емкость	Фарадметр

4. По роду тока различают электроизмерительные приборы постоянного тока, переменного тока и ком­бинированные.

Постоянный ток

Переменный (однофазный) ток

Постоянный и переменный ток

Трехфазный переменный ток (общее обозначение)

5. По способу установки различают щитовые при­боры, предназначенные для монтажа на приборных щитах и пультах управления, и переносные приборы.

Прибор применять при вертикальном положении шкалы

Прибор применять при горизонтальном положении шкалы

Прибор устанавливают под углом 60^о к горизонту

6. По устойчивости к внешним условиям приборы делят на три класса:

А Приборы предназначены для работы в сухих отапливаемых помещениях при температуре +10 – +35 градусов Цельсия и относительной влажности воздуха до 80%

Б Приборы предназначены для работы в закрытых не отапливаемых помещениях при температуре -30 – +50 градусов Цельсия и относительной влажности воздуха до 96%

В Приборы предназначены для работы в полевых и морских условиях при температуре -50 – +80 градусов Цельсия

7. По степени защищенности от внешних магнитных и электрических полей постоянного и переменного (с частотой до 1 кГц) тока при напряженности 400 В/м электроизмерительные приборы разделяют на категории I и II. Для приборов первой категории допустимые изменения показаний составляют примерно ±0,5%, а для приборов второй категории – ±1% и более. На приборах наносят обозначения:

Прибор защищен от влияния внешнего магнитного поля (I категория защищенности)

Прибор защищен от влияния внешнего электрического поля (I категория защищенности)

8. По способу создания противодействующего момента.

Все электроизмерительные механизмы снабжаются приспособлениями для гашения колебаний подвижной части – успокоителями. Наиболее часто применяют воздушные и магнитоиндукционные успокоители.

Воздушный успокоитель состоит из полой камеры, внутри которой помещается поршень, скрепленный с подвижной частью.

Магнитоиндукционный успокоитель состоит из алюминиевого диска, который закреплен на оси механизма и может перемещаться в магнитном поле постоянного магнита. При движении подвижной части в диске индуцируются вихревые токи. В результате взаимодействия этих токов с полем постоянного магнита создается тормозящее усилие, «успокаивающее» колебания подвижной части прибора.

В приборах магнитоэлектрической системы роль магнитоиндукционного успокоителя иногда выполняет алюминиевый каркас, на который наматывается катушка подвижной части. При вращении каркаса в нем индуцируется ток, который, взаимодействуя с полем постоянного магнита, создает тормозящий момент.

Для установки указателя на требуемую отметку в электромеханических приборах применяют устройство, называемое корректором. Корректор содержит винт, укрепленный на корпусе прибора, поворачивая который, можно поворачивать подвижную часть прибора и устанавливать указатель на требуемую отметку.

Некоторые приборы снабжают арретиром – устройством, затормаживающим подвижную часть прибора.

Противодействующий момент в измерительных механизмах создается специальными пружинами, а также растяжками, подвесами или электрическим путем. Для создания противодействующего момента электрическим путем подвижную часть механизма выполняют из двух скрепленных под некоторым углом между собой катушек. Когда через катушки протекают токи, моменты сил, создаваемые этими токами, направлены противоположно друг другу.

Измерительные механизмы, в которых противодействующий момент создается электрическим путем, называются логометрами.

Магнитоэлектрический логометр с подвижной рамкой

Магнитоэлектрический логометр а подвижным магнитом

Электромагнитный логометр

Электродинамический логометр

9. По типу отсчетного устройства.

Отсчетное устройство состоит из шкалы и указателя. Шкала представляет совой совокупность отметок, нанесенных на пласти­ну-циферблат и поставленных у некоторых из них чисел отсчета или других символов, соответствующих ряду последовательных значений измеряемой величины. Различают шкалы равномерные и неравномерные.

Равномерная шкала – это шкала с делениями постоянной длины (длина деления шкалы – это расстояние между цент­рами самых коротких меток шкалы) и с постоянной ценой деления. Неравномерная шкала имеет деления непостоянной длины, а в некоторых случаях и непостоянную цену деления, что необходимо учитывать при определении показаний измерительного прибора.

На шкалах имеются начальная (нулевая) и конечная отметки. Шкала, не имеющая нулевой отметки, называется без нулевой. Шкала, у которой нулевая отметка служит началом шкалы, называется односторонней. Шкала называется двусторонней, если ее отметки расположены по обе стороны от нуля.

Указатель – часть отсчетного устройства, который своим положением относительно отметок шкалы определяет показание прибора. Указатель может быть выполнен в виде стрелки или луча света – светового указателя.

Отсчетные устройства с зеркальной шкалой применяются в измерительных приборах высокого класса точности.

В измерительных приборах высших классов точности и в особо чувствительных приборах применяют световой указатель. Шкала со световым указателем обладает наибольшей разрешающей способностью и чувствительностью.

Кроме указанных выше, на шкалы приборов наносят следующие обозначения.

Обозначения, состоящие из буквенного символа и числа, стоящего за буквой, например, М24. Буквенные индексы характеризуют систему прибора (принцип действия), а число – завод-изготовитель или организацию, разработавшую прибор.

Например:

М – прибор магнитоэлектрической системы,

Э – прибор электромагнитной системы,

Д – прибор электродинамической или ферромагнитной системы,

С – прибор электростатической системы.

Изоляция прибора испытана при напряжении 2 кВ

Прибор испытанию прочности изоляции не подлежит

Внимание! Смотри указания в инструкции по эксплуатации прибора

Осторожно! Прочность изоляции измерительной цепи по отношению к корпусу не соответствует нормам (знак красного цвета)

Отрицательный зажим

Положительный зажим

Общий зажим

Зажим переменного тока

Зажим, соединенный с подвижной частью прибора

Зажим, соединенный с корпусом

Зажим для заземления.

Корректор

Арретир

Направление арретирования

В качестве примера обозначений, наносимых на шкалу электроизмерительных приборов, на рисунке 1 показана шкала микроамперметра. Из обозначений, нанесенных на шкалу, следует, что:

- прибор магнитоэлектрической системы;

- он предназначен для измерения силы постоянного тока до 300 микроампер;

- прибор первого класса точности;

- первой категории защиты от внешних магнитных полей;

- измерительная цепь изолирована от корпуса и испытана напряжением 2 кВ.