Главная страница Случайная страница
КАТЕГОРИИ:
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Электротехника: Учеб для ПТУ / Под ред. А.Я. Шихина. - М.: Высшая школа, 1989 г. - 336 с.
|
|
ПЛАН-КОНСПЕКТ
проведения занятия по дисциплине
«Охрана труда и электробезопасность в электроустановках»
со слушателями по программе: «Профессиональная подготовка пожарного»
Тема № 6. «Электроизмерительные приборы и измерения»
Литература:
Основная:
1. Электротехника / под редакцией П.А. Бутырина. – 6-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия» 2008 г. – 272 с.
2. Атамалян Э. Г. Приборы и методы измерения электрических величин – издательство «ДРОФА», 2005.
3. Н. Н. Евтихиев Измерение электрических и неэлектрических величин – М.: Энергоатомиздат, 1990.
4. ГОСТ Р 52002-2003. Государственный стандарт Российской Федерации. Электротехника. Термины и определения основных понятий.
5. https://elektro-tex.ru
Дополнительная»:
Электротехника: Учеб для ПТУ / Под ред. А.Я. Шихина. - М.: Высшая школа, 1989 г. - 336 с.
2. Панфилов В. А. Электрические измерения – издательство «Академия», 2008.
3. https://elektrokiber.ru
Опрос по пройденному материалу 10 минут
1. Дайте определение понятию «электрическое поле».
2. Что такое проводник?
3. Дайте определение понятию «диэлектрик».
4. Назовите закон Ома.
5. Назовите законы Кирхгофа
6. Дайте определение переменного тока.
7. Назовите основные параметры переменного тока
8. Перечислите виды сопротивлений в цепях переменного тока.
9. Назовите условия возникновения резонанса токов при параллельно соединенных конденсатора и катушки.
10. Назовите способы соединения обмоток генератора трехфазного тока.
Учебные вопросы
1. Общие сведения.
2. Классификация электроизмерительных приборов.
3. Устройство электроизмерительных приборов.
4. Измерение силы тока и напряжения.
5. Измерение мощности.
6. Измерение сопротивления изоляции.
| № п/п | Учебные вопросы | Время, мин. | ||||||||||||||||||||||
| 1. | Общие сведения
Измерение – операция сравнения измеряемой физической величины с величиной такого же рода, принятой за единицу.
Средства измерения: меры, измерительные приборы, измерительные преобразователи.
Меры – средства измерений, предназначенные для воспроизведения физической величины заданного размера (например, гиря 1 кг предназначена для воспроизведения массы 1 кг).
Эталоны – меры, предназначенные для хранения и воспроизводства единиц физических величин.
Измерительные приборы – средства измерений для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем.
Методы измерений: метод непосредственной оценки и метод сравнения.
Метод непосредственной оценки – измеряемая величина отсчитывается непосредственно по шкале прибора.
Метод сравнения – измеряемая величина сравнивается с эталоном или мерой.
Прямые измерения – результат (измеряемую величину) получают непосредственно по показанию прибора.
При косвенных измерениях искомую величину находят вычислением, используя результаты прямых измерений вспомогательных величин. Например, мощность в электрической цепи постоянного тока можно вычислить по формуле P=UI, используя прямые измерения напряжения и тока.
Абсолютная погрешность измерения – это разница между измеренной датчиком величиной Хизм и действительным значением Хд этой величины:
Δ =Хизм – Хд
Относительная погрешность – это отношение абсолютной погрешности измерения Δ к действительному значению Хд измеряемой величины.
Приведенная погрешность – это отношение абсолютной погрешности измерения Δ к нормирующему значению Хn, постоянному во всем диапазоне измерения или его части.
Основной качественной характеристикой любого измерительного прибора является погрешность измерения контролируемого параметра. Погрешность измерения прибора это величина расхождения между тем, что показал (измерил) прибор и тем, что есть на самом деле. Погрешность измерения для каждого конкретного типа прибора указывается в сопроводительной документации (паспорт, инструкция по эксплуатации, методика поверки), которая поставляется вместе с прибором.
По форме представления погрешности делятся на абсолютную, относительную и приведенную погрешности:
Δ - абсолютная погрешность;
δ - относительная погрешность;
γ - приведенная погрешность.
Абсолютная погрешность – это разница между измеренной датчиком величиной Хизм и действительным значением Хд этой величины:
Δ =Хизм – Хд
Действительное значение Хд измеряемой величины это найденное экспериментально значение измеряемой величины максимально близкое к ее истинному значению. Говоря простым языком действительное значение Хд это значение, измеренное эталонным прибором, или сгенерированное калибратором или задатчиком высокого класса точности. Абсолютная погрешность выражается в тех же единицах измерения, что и измеряемая величина (например, в А, В, Вт и т.п.). Так как измеренная величина может оказаться как больше, так и меньше ее действительного значения, то погрешность измерения может быть как со знаком плюс (показания прибора завышены), так и со знаком минус (прибор занижает).
Относительная погрешность – это отношение абсолютной погрешности измерения Δ к действительному значению Хд измеряемой величины.
Относительная погрешность выражается в процентах, либо является безразмерной величиной, а также может принимать как положительные, так и отрицательные значения.
Приведенная погрешность – это отношение абсолютной погрешности измерения Δ к нормирующему значению Хn, постоянному во всем диапазоне измерения или его части.
Особое место в измерительной технике занимают электрические измерения. Современная энергетика и электроника опираются на измерение электрических величин. В настоящее время разработаны и выпускаются приборы, с помощью которых могут быть произведены измерения более 50 электрических величин.
Электрические измерительные приборы служат для измерения различных электрических величин: силы тока, напряжения, сопротивления, мощности, энергии, а также многих неэлектрических величин, в том числе температуры, давления, влажности, скорости, уровня жидкости, толщины материала и др.
Многообразие измеряемых величин определило и многообразие технических средств, реализующих измерения.
Измерения являются одним из основных способов познания природы, её явлений и законов. Каждому, новому открытию в области естественных и технических наук предшествует большое число различных измерений.
Важную роль играют измерения в создании новых машин, сооружений, повышении качества продукции.
Особо важную роль играют электрические измерения как электрических так и не электрических величин.
Первый в мире электроизмерительный прибор «указатель электрической силы» был создан в 1745 году, академиком Г.В. Рохманом, соратником М.В. Ломоносова.
Это был электрометр - прибор для измерения разности потенциалов. Однако только со второй половины XIX века в связи с созданием генераторов электрической энергии остро встал вопрос о разработке различных электроизмерительных приборов.
В последующем развитие приборостроения идёт неизменно опережающими темпами.
Основные достижения:
- аналоговые приборы непосредственной оценки улучшенных свойств;
- узкопрофильные аналоговые сигнализирующие контрольные приборы;
- прецизионные полуавтоматические конденсаторы, мосты, делители напряжения, другие установки;
- цифровые измерительные приборы;
- применение микропроцессоров;
- измерительный компьютер.
Современное производство немыслимо без современных средств измерений. Электроизмерительная техника постоянно совершенствуется.
В приборостроении широко используется достижения радиоэлектроники, вычислительной техники, и другие достижения науки и техники. Всё чаще применяют микропроцессоры и микро-ЭВМ.
К электроизмерительным приборам всех систем предъявляются следующие технические требования:
- точность и надежность в работе и низкая стоимость;
- потребление по возможности малой мощности;
- способность не вносить заметных изменений в электрические параметры измеряемой цепи;
- более равномерные деления в пределах рабочей части шкалы;
- способность выдерживать возможно большую перегрузку;
- продолжительный срок службы без ухудшения своих качеств;
- надежная изоляция токоведущих частей от корпуса;
- показания практически не должны зависеть от влияния внешних факторов;
- стрелки приборов должны быстро устанавливаться у соответствующего деления шкалы.
В табл. 1 приведены некоторые условные обозначения, приводимые на лицевых панелях стрелочных измерительных приборов, определяющие их свойства и условия эксплуатации.
Таблица 1
| |||||||||||||||||||||||
| 2. | Классификация электроизмерительных приборов Электроизмерительные приборы классифицируются по следующим признакам: 1) по роду измеряемой величины; 2) по роду тока; 3) по степени точности; 4) по принципу действия; 5) по способу получения отсчета; 6) по характеру применения. Кроме этих признаков, электроизмерительные приборы можно также отличать: - по способу монтирования; - по способу защиты от внешних магнитных или электрических полей; - по выносливости в отношении перегрузок; - по пригодности к применению при различных температурах; - по габаритным размерам и другим признакам. Для измерения электрических величин применяются различные электроизмерительные приборы, а именно: тока – амперметр; напряжения – вольтметр; электрического сопротивления – омметр, мосты сопротивлений; мощности – ваттметр; электрической энергии – счетчик; частоты переменного тока – частотомер; коэффициента мощности – фазометр. По роду тока приборы делятся на приборы постоянного тока, приборы переменного тока и приборы постоянного и переменного тока. По степени точности приборы делятся на восемь классов: 0, 05; 0, 1; 0, 2; 0, 5; 1; 1, 5; 2, 5 и 4. Цифры указывают значение допустимой приведенной погрешности в процентах. Класс точности прибора показывает, сколько процентов составляет абсолютная погрешность от всей шкалы прибора. Например абсолютная инструментальная погрешность прибора класса 2, 5 составляет 2, 5% от его шкалы. Если известен класс точности прибора и его шкала, то можно определить абсолютную инструментальную погрешность измерения. Для повышения точности измерения стрелочным электроизмерительным прибором надо выбирать прибор с такой шкалой, чтобы в процессе измерения располагались во второй половине шкалы прибора. По принципу действия приборы подразделяются на: - магнитоэлектрические; - электромагнитные; - электродинамические (ферромагнитные); - индукционные; - другие. По способу получения отсчета приборы могут быть с непосредственным отсчётом и самозаписывающие. По характеру применения приборы делятся на стационарные, переносные и для подвижных установок. | |||||||||||||||||||||||
| 3. | Устройство электроизмерительных приборов
Для наблюдения за режимом работы электрооборудования и учета электроэнергии, вырабатываемой генераторами и потребляемой приемниками, в электрические цепи включают различные измерительные приборы. Эти приборы измеряют ток, напряжение, мощность, cos φ, частоту, электрическую энергию и т.д. Некоторые электроизмерительные приборы применяют для определения состояния электрооборудования (контроль изоляции, измерение сопротивлений).
Приборы для электрических измерений отличаются высокой чувствительностью, большой точностью, простотой и надежностью. Благодаря этому электроизмерительные приборы в настоящее время используют для измерения многих неэлектрических величин (например, измерения деформации изделия, его толщины, температуры и т. п.), для контроля и автоматизации различных производственных процессов, а также при экспериментальных исследованиях в различных отраслях науки и техники.
В электротехнической практике наиболее широкое распространение получили измерительные приборы непосредственной оценки (прямого отсчета).
В электроизмерительном приборе этого типа независимо от назначения и принципа действия имеются электрические цепи и измерительный механизм. В простейшем приборе, например в амперметре, катушка его включается последовательно в ветвь электрической цепи, где необходимо измерить ток. В более сложных приборах измерительные цепи содержат кроме катушек конденсаторы, резисторы и т. п.
3.1. Краткое описание приборов и их принципа действия
3.1.1. Магнитоэлектрическая система
Принцип работы основан на взаимодействии тока, протекающего по обмотке подвижной катушки, с магнитным полем постоянного магнита.
Основные детали: постоянный магнит и подвижная катушка (рамка), по которой проходит ток, пружины.
При прохождении тока через рамку возникает вращающий момент, под действием которого подвижная часть прибора поворачивается вокруг своей оси на некоторый угол φ.
Вращающий момент приборов магнитоэлектрической системы прямо пропорционален силе тока:
Mвр.= k1 · I,
где: k1= B · S · n,
B – магнитная индукция поля постоянного магнита, S – площадь катушки, n – число витков катушки.
Противодействующий момент создается спиральными пружинами и пропорционален углу поворота рамки:
Mпр.= k2 · φ,
где k2 - коэффициент, характеризующий упругие свойства пружины.
 
При равновесии подвижной части прибора вращающий момент равен противодействующему. Из этого условия равновесия для приборов магнитоэлектрической системы φ ~ I, и поэтому их шкалы равномерны.
Поворачиваясь, катушка отклоняет стрелку прибора. Магнитоэлектрические приборы служат только для измерения постоянного тока и напряжения, так как направление поворота рамки зависит от направления тока в ней. Если по катушке пропустить переменный ток частотой 50 Гц, то направление вращающего момента станет меняться сто раз в секунду, подвижная часть не будет успевать за током и стрелка не отклонится. Приборы данной системы пригодны для использования в цепях постоянного тока.
3.1.2. Электромагнитная система
Принцип работы основан на взаимодействии магнитного поля неподвижной катушки с сердечником из ферромагнитного материала, внесенного в это поле.
Основные детали: неподвижная катушка и подвижный сердечник из ферромагнетика.
Вращающий момент, действующий на подвижную часть прибора, пропорционален квадрату силы тока:
Mвр.= С · I 2,
где С – коэффициент, зависящий от числа витков катушки, материала, формы сердечника и его положения относительно подвижной части. При равновесии подвижной части прибора угол поворота оказывается пропорционален квадрату тока. Вследствие этого шкала приборов электромагнитной системы неравномерна. Вследствие квадратичной зависимости направление отклонения стрелки прибора не зависит от направления тока, и, следовательно, могут применяться в цепях как постоянного, так и переменного токов.
3.1.3. Электродинамическая система
Принцип работы основан на взаимодействии двух катушек (рамок), по которым течет ток. Одна из них неподвижна, а другая подвижна. Перемещение катушек относительно друг друга обусловливается тем, что проводники, по которым протекают токи одного направления, притягиваются, а с токами противоположных направлений – отталкиваются.
Вращающий момент, действующий на подвижную катушку, пропорционален произведению силы тока в подвижной Iп и неподвижной Iн катушках:
Mвр.= С · I п · Iн,
где С – коэффициент, зависящий от числа витков катушек, размеров и формы катушек и их взаимного расположения.
Из условия равновесия несложно определить, что угол поворота стрелки пропорционален токам, протекающим через катушки и шкалы амперметра и вольтметра электродинамической системы неравномерны, а для ваттметров равномерны.
3.1.4. Электростатическая система
Принцип работы основан на действии электростатического поля, созданного между двумя неподвижными электродами, на подвижный электрод.
Когда к неподвижным электродам приложено напряжение, подвижный электрод стремится расположиться так, чтобы электроемкость была наибольшей, вследствие чего подвижная часть отклоняется от первоначального положения. Вращающий момент, действующий на подвижную часть прибора, пропорционален квадрату напряжения. Вследствие этого шкала приборов электростатической системы неравномерна.
3.1.5. Цифровые измерительные приборы
Основой цифрового вольтметра является аналого-цифровой преобразователь (АЦП). В настоящее время имеется множество схемотехнических принципов построения АЦП, однако общим из них является сравнение измеряемой величины с набором эталонов.
Основными характеристиками АЦП являются точность преобразования (число разрядов в выходном коде) и быстродействие. Можно условно разделить АЦП на два класса: последовательного счета, когда выходной код определяется равенством измеряемого напряжения с дискретно растущим эталонным напряжением и параллельного, когда сигнал сравнивается с набором эталонных напряжений.
Цифровой амперметр можно реализовать установив на входе цифрового вольтметр калиброванный резистор небольшой величины, через который протекает измеряемый ток. Падение напряжения на входном резисторе, пропорциональное протекающему току, измеряется цифровым вольтметром, табло которого соответствующим образом градуируется.
3.2. Общие элементы приборов
Шкала
Шкала обычно представляет собой светлую поверхность с черными делениями и цифрами, соответствующими определенным значениям измеряемой величины. Форма шкалы зависит от конструкции прибора, класса точности и ряда других факторов.
На шкале каждого прибора наносятся следующие обозначения:
1) Обозначение единицы измеряемой величины.
2) Условное обозначение системы прибора (или принципа действия прибора).
3) Обозначение класса точности прибора.
4) Условное обозначение положения прибора.
5) Условное обозначение степени защищенности от магнитных и других влияний.
6) Величина испытательного напряжения изоляции измерительной цепи по отношению к корпусу.
7) Год выпуска и заводской номер.
8) Обозначение рода тока.
9) Тип прибора.
10) Значение силы тока, соответствующее определенным значениям напряжения, и значения напряжения, соответствующие определенным значениям силы тока.
Указатель
Может быть выполнен в виде стрелки или светового пятна с темной нитью посередине. По форме стрелки бывают нитевидными, ножевидными и копьевидными.
| |||||||||||||||||||||||
| 4. | Измерение силы тока и напряжения
Общие правила выполнения измерений
Токи и напряжения являются наиболее распространенными электрическими величинами, которые приходится измерять. Этим объясняется широкая номенклатура выпускаемых промышленностью средств измерений токов и напряжений.
Выбор средства измерений может определяться совокупностью факторов: предполагаемым размером измеряемой величины, родом тока (постоянного или переменного), частотой, требуемой точностью измерения, условиями проведения эксперимента (лабораторные, цеховые, полевые и т. п.), влиянием внешних условий (температуры, магнитного поля, вибраций т. д.) и другие.
В каждом таком конкретном случае необходимо выбирать требующийся прибор в зависимости от соответствующих действий по измерению. Тем не менее, имеется ряд правил, которые необходимо хорошо осмыслить, запомнить и использовать в выполнении любых работ, связанных с измерением электрических величин.
Проанализируем эти правила. В первую очередь при измерении электрических величин крайне важно строго соблюдать правила техники безопасности.
Выполнять измерения и подготавливать приборы нужно в следующем порядке:
1) Выбрать прибор с учетом необходимых условий измерений, а также степени точности;
2) Установить переключатель на конкретно нужный предел измерения (если он имеется);
3) Определить цену деления шкалы;
4) Расположить прибор в надлежащее положение;
5) С помощью корректора установить стрелку на нулевую отметку шкалы;
6) Включить прибор в цепь согласно схеме;
7) Посчитать число делений, на которые отклонилась указательная стрелка, таким образом, чтобы линия, соединяющая глаз и конец стрелки, была перпендикулярна к шкале;
8) Получить результат замера, перемножив число делений и цену деления прибора, на которые отклонилась указательная стрелка;
9) По окончании работы отключить цепь и, при необходимости, отсоединить прибор от других элементов цепи.
Измерение силы тока
Силу тока измеряют при помощи амперметра. Включают амперметр в цепь последовательно с электроприемниками. Он имеет электрическое сопротивление, значительно меньше сопротивления цепи, в которую его включают, от этого он существенно не изменяет силу тока в этой цепи. Одним и тем же амперметром магнитоэлектрической системы, возможно, замерять силу тока в различных пределах, если к нему подключить шунт.
Шунт – проводник, имеющий очень малое сопротивление. Также шунты вполне могут быть встроены внутрь корпуса амперметра, у этих приборов на корпусе установлен переключатель пределов измерения. Если же шунт приложен к прибору, то его подсоединяют к зажимам амперметра параллельно. В таком случае для замера силы тока в цепи сначала нужно определить цену деления шкалы, учитывая значение силы тока, на которую рассчитан шунт.
Условное обозначение амперметра на электрической схеме:
При включении амперметра в электрическую цепь необходимо знать:
1. Амперметр включается в электрическую цепь последовательно с тем элементом цепи, силу тока в котором необходимо измерить.
2. При подключении надо соблюдать полярность: " +" амперметра подключается к " +" источника тока, а " минус" амперметра – к " минусу" источника тока.
Измерение напряжения
Напряжение измеряют при помощи вольтметра. Включают вольтметр в цепь параллельно тому участку цепи, на котором производят замер напряжение. Вольтметр имеет электрическое сопротивление значительно больше сопротивления цепи, в которую его включают. Добавочные резисторы используют для расширения пределов измерения данным вольтметром.
Добавочный резистор – это проводник, обладающий значительным сопротивлением и намотанный в виде катушки. Добавочный резистор также имеет возможность быть установленным внутри корпуса прибора, у этих вольтметров на корпусе существует переключатель пределов измерения. Если же добавочный резистор приложен к прибору отдельно, то его присоединение осуществляется последовательно к вольтметру. На этот случай следует перед замером напряжения в цепи определить цену деления шкалы.
Условное обозначение вольтметра на электрической схеме:
При включении вольтметра в электрическую цепь необходимо соблюдать два правила:
1. Вольтметр подключается параллельно участку цепи, на котором будет измеряться напряжение;
2. Соблюдаем полярность: " +" вольтметра подключается к " +" источника тока, а " минус" вольтметра - к " минусу" источника тока.
Определение значений напряжений осуществляют, как правило, прямыми измерениями; токов – кроме прямых измерений, широко используют косвенные измерения, при которых измеряется падение напряжения U на резисторе с известным сопротивлением R, включенном в цепь измеряемого тока  .
Значение тока находят по закону Ома: IX=U/R. В этом случае погрешность результата измерения  , определяется погрешностью измерения напряжения  и погрешностью  , обусловленной отличием номинального значения сопротивления R от истинного значения сопротивления  .
Погрешность , может быть найдена по правилам обработки результатов наблюдения при косвенных измерениях.
Измерения токов и напряжений всегда сопровождаются погрешностью, обусловленной сопротивлением используемого средства измерений. Включение в исследуемую цепь средства измерений искажает режим этой цепи. Так, например, включение амперметра, имеющего сопротивление  , в цепь, изображенную на рисунке 7.1, приведет к тому, что вместо тока I=U/R, который протекал в этой цепи до включения амперметра, после включения амперметра пойдет ток  = U/(R + RA). Погрешность  тем больше, чем больше сопротивление амперметра. Аналогичная погрешность возникает при измерении напряжений. Например, в цепи, представленной на рисунке 7.2, при включении вольтметра, имеющего сопротивление Rv, для измерения напряжения между точками а и b режим цепи тоже нарушается, так как вместо напряжения  , которое было в схеме до включения вольтметра, после его включения напряжение
Погрешность Диапазон измеряемых токов и напряжений весьма широк. Весь диапазон измеряемых токов и напряжений можно условно разбить на три поддиапазона: малых, средних и больших значений. Наиболее обеспеченным средствами измерений является поддиапазон средних значений (ориентировочно: для токов – от единиц миллиампер до десятков ампер; для напряжений – от единиц милливольт до сотен вольт). Именно для этого поддиапазона созданы средства измерений с наименьшей погрешностью измерения токов и напряжений. Это не случайно, так как при измерении малых и больших токов и напряжений возникают дополнительные трудности. При измерении малых токов и напряжений эти трудности обусловлены термо-ЭДС в измерительной цепи, резистивными и емкостными связями измерительной цепи с посторонними источниками напряжения, влиянием внешнего магнитного поля, шумами элементов измерительной цепи и другими причинами. Термо-ЭДС возникают в местах соединения разнородных металлов (в местах пайки и сварки проводников, в местах соприкосновения подвижных и неподвижных контактов переключателей и т. п.) вследствие неравномерного температурного поля средства измерений. Полностью устранить влияние отмеченных факторов не удается. Поэтому измерения малых токов и напряжений осуществляется с большей погрешностью. Измерения больших токов и напряжений имеют свои особенности и трудности. Например, при измерении больших постоянных токов с использованием шунтов на шунтах рассеивается большая мощность, приводящая к значительному нагреву шунтов и появлению дополнительных погрешностей. Для уменьшения рассеиваемой мощности и устранения перегрева необходимо увеличивать габариты шунтов или применять специальные дополнительные меры по искусственному охлаждению. В результате шунты получаются громоздкими и дорогими. При измерении больших токов очень важно следить за качеством контактных соединений, по которым протекает ток. Плохое качество контактного соединения может не только исказить режим цепи и, следовательно, результат измерения, но и привести к обгоранию контакта за счет большой мощности, рассеиваемой на контактном сопротивлении. При измерении больших токов могут возникнуть дополнительные погрешности от влияния на средства измерений сильного магнитного поля, создаваемого вокруг шин протекающим током. При измерении больших напряжений возрастают требования к качеству изоляционных материалов, применяемых в средствах измерений, как для уменьшения погрешностей, возникающих от токов утечки через изоляцию, так и для обеспечения безопасности обслуживающего персонала. Например, если для расширения пределов измерений используется делитель напряжения, то с увеличением измеряемого напряжения сопротивление делителя нужно увеличивать. При измерении больших напряжений сопротивление делителя может оказаться сравнимым с сопротивлением изоляции, что приведет к погрешности деления напряжения и, следовательно, к погрешности измерений. Отсюда следует, что при измерении больших токов и напряжений, кроме обычных погрешностей, возникают погрешности, обусловленные спецификой этих измерений. Характерное изменение погрешности измерений в зависимости от размера измеряемой величины иллюстрируется (рисунок 7.3) качественно (для наглядности используется переменный масштаб по осям) на примере рабочих средств измерений постоянных токов, выпускаемых промышленностью. При измерении переменных токов и напряжений большое значение имеет частота измеряемой величины. Частотный диапазон измеряемых токов и напряжений весьма широк: от долей герца (инфранизкие частоты) до сотен мегагерц и более.
Выводы:
| |||||||||||||||||||||||
| 5. | Измерение мощности
При помощи ваттметра измеряют мощность электрического тока. Рассмотрим включение ваттметра. Один из выводов токовой обмотки должен быть присоединен к одному из выводов обмотки напряжения. Такие выводы присоединены к зажимам прибора. Мощность в цепях переменного тока, а также в цепях постоянного тока при отсутствии в них электрических приемников с обмотками и конденсаторов, к примеру, двигателей, можно замерить также косвенным методом: при помощи амперметра и вольтметра.
В цепях постоянного тока мощность измеряют электро- или ферродинамическим ваттметром. Мощность может быть также подсчитана перемножением значений тока и напряжения, измеренных амперметром и вольтметром.
В цепях однофазного тока измерение мощности может быть осуществлено электродинамическим, ферродинамическим или индукционным ваттметром.
Ваттметр 4 (смотри рисунок) имеет две катушки: токовую 2, которая включается в цепь последовательно, и напряжения 3, которая включается в цепь параллельно.
Ваттметр является прибором, требующим при включении соблюдения правильной полярности, поэтому его генераторные зажимы (зажимы, к которым присоединяют проводники, идущие со стороны источника 1) обозначают звездочками.
Рисунок. Схема для измерения мощности
Для расширения пределов измерения ваттметров их токовые катушки включают в цепь при помощи шунтов или измерительных трансформаторов тока, а катушки напряжения – через добавочные резисторы или измерительные трансформаторы напряжения.
Измерение мощности – определение мощности, потребляемой цепью переменного или постоянного токов, с помощью измерительных приборов. Например, измерив напряжение U и силу тока I в цепи постоянного тока, можно определить мощность P=UI.
Мощность измеряется специальным прибором – электродинамическим ваттметром. Он состоит из электродинамического измерительного механизма, шкала которого проградуирована в единицах мощности. Неподвижная катушка ваттметра называется токовой или последовательной, так как соединяется последовательно с приемниками энергии. Подвижная катушка и безреактивное добавочное сопротивление из манганина составляют цепь напряжения, или параллельную цепь ваттметра, и присоединяются параллельно приемнику энергии.
Угол поворота подвижной части пропорционален мощности α =K1IIи=K1IU/rП=K2IU=K2P.
Для измерения активной мощности цепи переменного тока (P=IUcosφ) применяются электродинамические и ферродинамические ваттметры.
Так как угол поворота подвижной части измерителя пропорционален IIиcosφ, а Iи=U/rП и совпадает с ним по фазе, то угол сдвига ψ между силой тока в катушках измерителя равен углу сдвига фаз φ между силой тока I и напряжением U, а следовательно, пропорционален активной мощности цепи α =K1IIИcosψ =(K1IUcosφ)/rП=K2IUcosφ =K2P. Зажим токовой катушки ваттметра, соединяемый с источником питания, и зажим параллельной цепи, соединяемый с токовой катушкой, называются генераторными и отмечены на приборе звездочками. При сборке схемы зажимы токовой катушки или цепи напряжения нельзя менять местами, так как это влечет за собой изменение направления силы тока или фазы соответствующего тока на половину периода, вызывая поворот подвижной части ваттметра в обратную сторону. Включение ваттметра в цепь переменного тока с напряжением свыше 220 В и силой тока в 5 А производится через измерительные трансформаторы.
Выводы
| |||||||||||||||||||||||
| 6. | Измерение сопротивления изоляции
Сопротивление изоляции постоянному току является основным показателем состояния изоляции, и его измерение является неотъемлемой частью испытаний всех видов электрооборудования и электрических цепей.
Нормы проверок и испытаний изоляции электрооборудования, определяются ГОСТ, ПУЭ и другими директивными материалами.
Сопротивление изоляции практически во всех случаях измеряется мегомметром – прибором, состоящим из источника напряжения – генератора постоянного тока чаще всего с ручным приводом, магнитоэлектрического логометра и добавочных сопротивлений.
Поскольку в мегомметрах есть источник постоянного тока, то сопротивление изоляции можно измерять при значительном напряжении (2500 В в мегомметрах типов МС-05, М4100/5 и Ф4100) и для некоторых видов электроаппаратуры одновременно испытывать изоляцию повышенным напряжением. Однако следует иметь в виду, что при подключении мегомметра к аппарату с пониженным сопротивлением изоляции напряжение на выводах мегомметра также понижается.
Измерение сопротивления изоляции с помощью мегомметра
Перед началом измерений необходимо убедиться, что на испытываемом объекте нет напряжения, тщательно очистить изоляцию от пыли и грязи и на 2 - 3 мин заземлить объект для снятия с него возможных остаточных зарядов. Измерения следует производить при устойчивом положении стрелки прибора. Для этого нужно быстро, но равномерно вращать ручку генератора. Сопротивление изоляции определяется показанием стрелки прибора мегомметра. После окончания измерений испытываемый объект необходимо разрядить. Для присоединения мегомметра к испытываемому аппарату или линии следует применять раздельные провода с большим со противлением изоляции (обычно не меньше 100 МОм).
Перед пользованием мегомметр следует подвергнуть контрольной проверке, которая заключается в проверке показания по шкале при разомкнутых и короткозамкнутых проводах. В первом случае стрелка должна находиться у отметки шкалы «бесконечность», во втором — у нуля.
Для того чтобы на показания мегомметра не оказывали влияния токи утечки по поверхности изоляции, особенно при проведении измерений в сырую погоду, мегомметр подключают к измеряемому объекту с использованием зажима Э (экран) мегомметра. При такой схеме измерений токи утечки по поверхности изоляции отводятся в землю, минуя обмотку логометра.
Значение сопротивления изоляции в большой степени зависит от температуры. Сопротивление изоляции следует измерять при температуре изоляции не ниже + 5°С, кроме случаев, оговоренных специальными инструкциями. При более низких температурах результаты измерения из-за нестабильного состояния влаги не отражают истинной характеристики изоляции.
В некоторых установках постоянного тока (аккумуляторных батареях, генераторах постоянного тока и т. п.) можно контролировать изоляцию с помощью вольтметра с большим внутренним сопротивлением (30 000 - 50 000 Ом). При этом измеряют три напряжения – между полюсами (U) и между каждым из полюсов и землей.
Измерение электрического сопротивления
Мегомметры и омметры применяют в непосредственном измерении электрического сопротивления. Их принцип работы одинаков. Можно рассмотреть это на примере типичного омметра. В омметре в качестве измерительного прибора применяют миллиамперметр магнитоэлектрической системы. Источником тока применяется гальванический сухой элемент. Силу тока в цепи при замкнутых накоротко между собой зажимах определяют по формуле:
I – ток в цепи, А,
U – напряжение источника тока, В;
Rп – сопротивление миллиамперметра, Ом,
Rд – сопротивление добавочного резистора, Ом.
При подключении к зажимам проводника, сопротивление которого Rн нужно измерить, ток в цепи определяют по формуле:
Из вышеприведённой формулы мы видим, что о значении замеряемого сопротивления можно судить по значениям силы тока, показываемого миллиамперметром.
Вследствие этого у омметра нулевая отметка шкалы находится не слева, как у амперметра, а справа: ведь как мы понимаем при наименьшем сопротивлении сила тока будет наибольшей. Шкалу миллиамперметра вмонтированного в корпус омметра для измерения сопротивления, градуируют непосредственно в Омах или мегОмах.
Для того чтобы произвести замеры сопротивления омметром, нужно выполнить следующее действия:
1) Нажав на кнопку, убедиться, что омметр функционирует – указательная стрелка прибора, как правило, должна отклониться вправо, на нулевую отметку;
2) Вновь нажав на кнопку, при помощи магнитного шунта, который находится на задней панели прибора, и винта корректора выставить стрелку на нулевую отметку шкалы. После отпустить кнопку;
3) К зажимам прибора присоединить необходимый проводник, сопротивление которого необходимо измерить. Стрелка прибора укажет значение сопротивления в Омах.
Электрическое сопротивление в лабораторных условиях измеряют при помощи более сложных приборов, например магазинов сопротивлений и измерительных мостов. Также электрическое сопротивление можно замерить при помощи вольтметра и амперметра. В вычислении сопротивления какого-либо участка цепи согласно закону Ома следует найти отношение показания вольтметра к показанию амперметра, подключенных к этому участку. Такой метод применяют в проверки сопротивления заземляющего устройства.
Для замеров больших значений электрического сопротивления используют мегомметры. Они, как правило, предназначены для измерения сопротивления изоляции проводов, то есть в проверке обмоток электрических аппаратов и машин или состояния изоляции проводов электрической сети. В мегомметре вместо гальванического элемента, используемого в омметре, установлен генератор постоянного тока с ручным приводом.
Для примера рассмотрим, как при помощи мегомметра производят замер сопротивления изоляции проводов электрической сети. Вначале в сети полностью снимают напряжение, то есть отключают все источники тока. Далее к зажимам мегомметра подсоединяют жилы проводов сети и вращают его рукоятку: если же мегомметр показывает сопротивление, близкое к нулю, то, это значит между проводами есть короткое замыкание; а если мегомметр показывает сопротивление очень большое, то это свидетельствует об обрыве провода; при нормальном состоянии проводов мегомметр покажет сопротивление подсоединенных к сети электроприемников
|
.
тем больше, чем меньше сопротивление вольтметра.
Следовательно: 
3. Закрепление нового материала:
1. Дать определение понятию «электроизмерительный прибор».
2. Объяснить, что такое абсолютная погрешность, записать формулу для определения.
3. Что такое относительная погрешность измерения, записать формулу для определения?
4. Назовите электрические величины, наиболее часто измеряемые в электротехнике.
5. Каким измерительным прибором измеряется сила тока?
6. Каким измерительным прибором измеряется напряжение?
7. Каким измерительным прибором измеряется электрическое сопротивление?
8. Как определить результат измерений, если к амперметру подключен шунт.
9. Как определить результат измерений, если к вольтметру подключено дополнительное сопротивление.
10. В какой части шкалы прибора измерение точнее?
5. Задание на самоподготовку:
5.1. Ознакомиться со структурой INTERNET сайтов https://elektro-tex.ru и
https://elektrokiber.ru
|