Все приборы для измерения электрических величин

Электроизмерительные приборы

Электроизмерительные приборы — класс устройств, применяемых для измерения различных электрических величин. В группу электроизмерительных приборов входят также кроме собственно измерительных приборов и другие средства измерений — меры, преобразователи, комплексные установки.

Все приборы для измерения электрических величин

Амперметр переменного тока

Все приборы для измерения электрических величин

Вольтметр переменного тока

Все приборы для измерения электрических величин

Все приборы для измерения электрических величин

Содержание

Применение

Средства электрических измерений широко применяются в энергетике, связи, промышленности, на транспорте, в научных исследованиях, медицине, а также в быту — для учёта потребляемой электроэнергии. Используя специальные датчики для преобразования неэлектрических величин в электрические, электроизмерительные приборы можно использовать для измерения самых разных физических величин, что ещё больше расширяет диапазон их применения.

Классификация

  • Наиболее существенным признаком для классификации электроизмерительной аппаратуры является измеряемая или воспроизводимая физическая величина, в соответствии с этим приборы подразделяются на ряд видов:
    • амперметры — для измерения силы электрического тока;
    • вольтметры — для измерения электрического напряжения;
    • омметры — для измерения электрического сопротивления;
    • мультиметры (иначе тестеры, авометры) — комбинированные приборы
    • частотомеры — для измерения частоты колебаний электрического тока;
    • магазины сопротивлений — для воспроизведения заданных сопротивлений;
    • ваттметры и варметры — для измерения мощности электрического тока;
    • электрические счётчики — для измерения потреблённой электроэнергии
    • и множество других видов
  • Кроме этого существуют классификации по другим признакам:
    • по назначению — измерительные приборы, меры, измерительные преобразователи, измерительные установки и системы, вспомогательные устройства;
    • по способу представления результатов измерений — показывающие и регистрирующие ( в виде графика на бумаге или фотоплёнке, распечатки, либо в электронном виде);
    • по методу измерения — приборы непосредственной оценки и приборы сравнения;
    • по способу применения и по конструкции — щитовые (закрепляемые на щите или панели), переносные и стационарные;
    • по принципу действия:
      • электромеханические:
        • магнитоэлектрические;
        • электромагнитные;
        • электродинамические;
        • электростатические;
        • ферродинамические;
        • индукционные;
        • магнитодинамические;
      • электронные;
      • термоэлектрические;
      • электрохимические.

Все приборы для измерения электрических величин

Все приборы для измерения электрических величин

Обозначения

В зарубежных странах обозначения средств измерений устанавливаются предприятиями-изготовителями, в России (и частично в других странах СНГ) традиционно принята унифицированная система обозначений, основанная на принципах действия электроизмерительных приборов. В состав обозначения входит прописная русская буква, соответствующая принципу действия прибора, и число — условный номер модели. Например: С197 — киловольтметр электростатический. К обозначению могут добавляться буквы М (модернизированный), К (контактный) и другие, отмечающие конструктивные особенности или модификации приборов.

  • В — приборы вибрационного типа (язычковые)
  • Д — электродинамические приборы
  • Е — измерительные преобразователи
  • И — индукционные приборы
  • К — многоканальные и комплексные измерительные установки и системы
  • Л — логометры
  • М — магнитоэлектрические приборы
  • Н — самопишущие приборы
  • П — вспомогательные измерительные устройства
  • Р — меры, измерительные преобразователи, приборы для измерения параметров элементов электрических цепей
  • С — электростатические приборы
  • Т — термоэлектрические приборы
  • У — измерительные установки
  • Ф — электронные приборы
  • Х — нормальные элементы
  • Ц — приборы выпрямительного типа
  • Ш — измерительные преобразователи
  • Щ — ?
  • Э — электромагнитные приборы

Электроизмерительные приборы

Содержание

Электроизмерительные приборы — класс устройств, применяемых для измерения различных электрических величин. В группу электроизмерительных приборов входят также кроме собственно самих приборов и другие средства измерений — меры, преобразователи, комплексные установки.

Все приборы для измерения электрических величин

Назначение

Электроизмерительные приборы служат для контроля режима работы электрических установок, их испытания и учета расходуемой электрической энергии. К измерительным приборам относятся разнообразные аппараты, позволяющие получить максимально точные показатели в обозначенных диапазонах.

Классификация

В зависимости от измеряемой или воспроизводимой физической величины электроизмерительные приборы подразделяют на:

  • амперметры (измерители тока)
  • вольтметры (измерители напряжения)
  • ваттметры (измерители мощности)
  • мультиметры (иначе тестеры, авометры) — комбинированные приборы
  • частотомеры — для измерения частоты колебаний электрического тока
  • омметры (измерители сопротивления)
  • счетчики электрической энергии и др.

Различают две категории электроизмерительных приборов:

  • рабочие — служат для для практических измерений.
  • образцовые — для градуировки и поверки рабочих приборов.

Все приборы для измерения электрических величин

Принцип работы

Несмотря на модификацию, во все электроизмерительные приборы вмонтированы преобразующие устройства. Первое выполняет задачу по конвертации измеряемых величин в сигнал, а второе — представляет их в доступной для восприятия форме. Последние устройства, как правило, имеют шкалу и стрелку или же цифровое табло (дисплей).

Как выбрать

При выборе электроизмерительных приборов нужно обязательно помнить о том, что для официальных исследований, контроля качества, гарантийного обслуживания, проверки устройств безопасности могут быть использованы только модели, который включены в Государственный реестр средств измерений.

Также имеет смысл выбирать “интеллектуальные” электроизмерительные приборы, преимуществом которых является то, что с их помощью можно не только собирать, но и анализировать измерения. Такие устройства обладают наибольшей производительностью и функциональностью.

Все приборы для измерения электрических величин

Сферы применения

Электроизмерительные приборы нашли свое применения в различных областях — помимо научных исследований, их применяют как в промышленности и энергетике, так и на транспорте, в связи, а также в медицине. Также электроизмерительные приборы используются и повсеместно в быту для учета электроэнергии.

На сегодняшний день большей популярностью пользуются цифровые устройства, так как помимо повышенной точности и чувствительности к измеряемой величине, они обладают компактностью и широким диапазоном измерений. Аналоговые приборы используются в основном в качестве учебных.

Тема: Электроизмерительные приборы и измерения электрических величин

Все приборы для измерения электрических величин

Тема: ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

1. Общие сведения об электроизмерительных приборах

Электроизмерительные приборы предназначены для измерения различных величин и параметров электрической цепи: напряжения, силы тока, мощности, частоты, сопротивления, индуктивности, емкости и других.

На схемах электроизмерительные приборы изображаются условными графическими обозначениями в соответствии с ГОСТ 2.729-68. На рис.1.1 приведены общие обозначения показывающих и регистрирующих приборов.

Все приборы для измерения электрических величин

Рис. 1.1 Условные графические обозначения электроизмерительных приборов.

Для указания назначения электроизмерительного прибора в его общее обозначение вписывают конкретизирующее условное обозначение, установленное в стандартах, или буквенное обозначение единиц измерения прибора согласно ГОСТ в соответствии с табл.1.1.

Все приборы для измерения электрических величин

A

Все приборы для измерения электрических величин

Cos

Все приборы для измерения электрических величин

M

Все приборы для измерения электрических величин

2. Электромеханические измерительные приборы

По принципу действия электромеханические приборы подразделяются на приборы магнитоэлектрической, электромагнитной, ферродинамической, индукционной, электростатической систем. Условные обозначения систем приведены в табл. 1.2. Наибольшее распространение получили приборы первых трех типов: магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические.

Все приборы для измерения электрических величин

Все приборы для измерения электрических величин

Высокая точность, равномерность шкалы

Все приборы для измерения электрических величин

Простота устройства, к перегрузкам устойчив

Низкая точность, чувствителен к помехам

Все приборы для измерения электрических величин

Все приборы для измерения электрических величин

Все приборы для измерения электрических величин

Высокая надежность, к перегрузкам устойчив

3. Области применения электромеханических приборов

Магнитоэлектрические приборы: щитовые и лабораторные амперметры и вольтметры; нулевые индикаторы при измерениях в мостовых и компенсационных цепях.

В промышленных установках переменного тока низкой частоты большинство амперметров и вольтметров — приборы электромагнитной системы. Лабораторные приборы класса 0,5 и точнее могут изготовляться для измерения постоянного и переменного токов и напряжения.

Электродинамические механизмы используются в лабораторных и образцовых, приборах для измерения постоянных и переменных токов, напряжений и мощностей.

Индукционные приборы на базе индукционных механизмов используют главным образом в качестве одно — и трехфазных счетчиков энергии переменного тока. По точности счетчики подразделяются на классы 1,0; 2,0; 2,5. Счетчик СО (счетчик однофазный) используют для учета активной энергии (ватт-часов) в однофазных цепях. Для измерения активной энергии в трехфазных цепях применяют двухэлементные индуктивные счетчики, счетный механизм которых учитывает киловатт-часы. Для учета реактивной энергии служат специальные индуктивные счетчики, имеющие некоторые изменения в устройстве обмоток или в схеме включения.

Активные и реактивные счетчики устанавливают на всех предприятиях для расчета с энергоснабжающими организациями за используемую электроэнергию.

Принцип выбора измерительных приборов

1.Определяют расчетом цепи максимальные значения тока, напряжения и мощности в цепи. Часто значения измеряемых величин известны заранее, например, напряжение сети или аккумуляторной батареи.

2. В зависимости от рода измеряемой величины, постоянного или переменного тока, выбирают систему прибора. Для технических измерений постоянного и переменного тока выбирают соответственно магнитоэлектрическую и электромагнитную системы. При лабораторных и точных измерениях для определения постоянных токов и напряжений применяют магнитоэлектрическую систему, а для переменного тока и напряжения — электродинамическую систему.

3. Выбирают предел измерения прибора таким образом, чтобы
измеряемая величина находилась в последней, третьей части шкалы
прибора.

4. В зависимости от требуемой точности измерения выбирают класс
точности прибора.

4. Способы включения приборов в цепь

Амперметры включают в цепь последовательно с нагрузкой, вольтметры — параллельно, ваттметры и счетчики, как имеющие две обмотки (токовую и напряжения), включают последовательно – параллельно (Рис. 1.2.).

Все приборы для измерения электрических величин

Все приборы для измерения электрических величин

Рис. 1.2. Схемы включения электроизмерительных приборов в электрическую цепь.

Для расширения пределов измерения приборов применяют: в цепи постоянного тока для амперметров — шунты, при этом на шкале амперметра обязательно указывается тип применяемого шунта; для вольтметров — добавочные резисторы (Рис. 1.3. а); в цепи переменного тока для амперметров — трансформаторы тока (ТА), для вольтметров — трансформаторы напряжения (ТV) (рис. 1.3. б).

Все приборы для измерения электрических величин

Все приборы для измерения электрических величин

Все приборы для измерения электрических величин

Все приборы для измерения электрических величин

Рис. 1.3. Способы расширения пределов измерения приборов.

Цена деления многопредельных амперметров, вольтметров, ваттметров определяется по формуле:

Все приборы для измерения электрических величин

где ih, uh — пределы, на которые установлены переключатели тока и напряжения у многопредельных приборов, или номинальные пределы измерений у однопредельных приборов; N — число делений шкалы прибора. Измеряемая величина определяется по формулам:

I = nCI, A; U = nCu, B; P = n-Cw, Bт,

где n — число делений, показываемое стрелкой прибора при измерении.

5. Особенности измерения цифровыми электронными приборами

Цифровые электроизмерительные приборы бывают для измерения как одной величины, например напряжения постоянного тока, так и нескольких величин, например, тока, напряжения, сопротивления. Такие универсальные приборы обычно называют мультиметрами (например, мультиметр ВР-11А). Мультиметры обычно имеют два вида переключателей: переключатель рода измеряемой величины — напряжения постоянного или переменного, сопротивления, частоты и переключатель предела измерения. Кроме того, имеются клеммы или гнезда для подключения измерительных проводов. Мультиметры питаются от сети переменного тока с частотой 50 Гц и напряжением 220 В. При измерениях мультиметром ВР-11А отсчет показания следует проводить не ранее третьего числа, появляющегося на индикаторе.

При всех видах измерений необходимо перейти на больший предел, когда прибор индицирует выход за предел (буква «П» в старшем разряде) и изменить полярность входного сигнала при мигании знака «-» в старшем разряде.

Погрешность измерения мультиметра ВР-11 А.

Постоянное напряжение: ±(0,5% Ux +4 зн.).

Переменное напряжение: ±(0,5% Ux + 10 зн.),

где Ux — показание прибора;

зн. — единица младшего разряда.

Достоинства электронных приборов: высокое входное сопротивление, что позволяет проводить измерения без влияния на цепь; широкий диапазон измерений, высокая чувствительность, широкий частотный диапазон, высокая точность измерений.

6. Погрешности измерений и измерительных приборов

Качество средств и результатов измерений принято характеризовать указанием их погрешностей. Разновидностей погрешностей около 30. Определения им даны в литературе по измерениям. Следует иметь в виду, что погрешности средств измерений и погрешности результатов измерений — понятия не идентичные. Исторически часть наименований разновидности погрешностей закрепилась за погрешностями средств измерений, другая за погрешностями результатов измерений, а некоторые применяются по отношению и к тем, и к другим.

Способы представления погрешности следующие.

В зависимости от решаемых задач используются несколько способов представления погрешности, чаще всего используются абсолютная, относительная и приведенная.

Абсолютная погрешность измеряется в тех же единицах что и измеряемая величина. Характеризует величину возможного отклонения истинного значения измеряемой величины от измеренного.

Относительная погрешность – отношение абсолютной погрешности к значению величины. Если мы хотим определить погрешность на всем интервале измерений, мы должны найти максимальное значение отношения на интервале. Измеряется в безразмерных единицах.

Класс точности – относительная погрешность, выраженная в процентах. Обычно значения класса точности выбираются из ряда: 0,1; 0,5: 1,0; 1,5; 2,0; 2,5 и т. д.

Понятия абсолютной и относительной погрешностей применяют и к измерениям, и к средствам измерения, а приведенная погрешность оценивает только точность средств измерения.

Абсолютная погрешность измерения — это разность между измеренным значением х и ее истинным значением хи :

Все приборы для измерения электрических величин

(1.1)

Обычно истинное значение измеряемой величины неизвестно, и вместо него в (1.1) подставляют значение величины, измеряемой более точным прибором, т. е. имеющим меньшую погрешность, чем прибор, дающий значение х. Абсолютная погрешность выражается в единицах измеряемой величины. Формулой (1.1) пользуются при поверке измерительных приборов.

Относительная погрешность

Все приборы для измерения электрических величин

измерения равна отношению абсолютной погрешности к истинному значению измеряемой величины и выражается в процентах:

Все приборы для измерения электрических величин

(1.2)

По относительной погрешности измерения проводят оценку точности измерения.

Приведенная погрешность измерительного прибора

Все приборы для измерения электрических величин

определяется как отношение абсолютной погрешности к нормирующему значению xn и выражается в процентах:

Все приборы для измерения электрических величин

(1.3)

Нормирующее значение обычно принимают равным верхнему пределу рабочей части шкалы, у которой нулевая отметка находится на краю шкалы.

Приведенная погрешность определяет точность измерительного прибора, не зависит от измеряемой величины и имеет единственное значение для данного прибора. Из (1.3) следует, что для приборов абсолютная погрешность

Все приборы для измерения электрических величин

— величина, постоянная по всей шкале. Так как относительная погрешность измерения

Все приборы для измерения электрических величин

тем больше, чем меньше измеряемая величина х по отношению к пределу измерения прибора хN.

Многие измерительные приборы различаются по классам точности. Класс точности прибора G — обобщенная характеристика, которая характеризует точность прибора, но не является непосредственной характеристикой точности измерения, выполняемого с помощью данного прибора.

Класс точности прибора численно равен наибольшей допустимой приведенной основной погрешности, вычисленной в процентах. Для амперметров и вольтметров установлены следующие классы точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0; 5,0. Эти числа наносятся на шкалу прибора. Например, класс 1 характеризует гарантированные границы погрешности в процентах (± 1%, например, от конечного значения 100 В, т. е. ±1В) в нормальных условиях эксплуатации.

По международной классификации приборы с классом точности 0,5 и точнее считаются точными или образцовыми, а приборы с классом точности 1,0 и грубее — рабочими. Все приборы подлежат периодической поверке на соответствие метрологических характеристик, в том числе и класса точности, их паспортным значениям. При этом образцовый прибор должен быть точнее поверяемого через класс, а именно: поверка прибора с классом точности 4,0 проводится прибором с классом точности 1,5, а поверка прибора с классом точности 1,0 проводится прибором с классом точности 0,2.

Поскольку на шкале прибора приводится и класс точности прибора G, и предел измерения XN, то абсолютная погрешность прибора определяется из формулы (1.3):

Все приборы для измерения электрических величин

(1.4)

Связь относительной погрешности измерения

Все приборы для измерения электрических величин

с классом точности прибора G выражается формулой:

Все приборы для измерения электрических величин

(1.5)

откуда следует, что относительная погрешность измерения равна классу точности прибора только при измерении предельной величины на шкале, т. е. когда х = XN. С уменьшением измеряемой величины относительная погрешность возрастает. Во сколько раз XN > х, во столька раз

Все приборы для измерения электрических величин

> G. Поэтому рекомендуется выбирать пределы измерения показывающего прибора так, чтобы отсчитывать показания в пределах последней трети шкалы, ближе к ее концу.

7. Представление результата измерений при однократных измерениях

Результат измерения состоит из оценки измеряемой величины и погрешности измерения, характеризующей точность измерения. По ГОСТ 8.011-72 результат измерения представляют в форме:

А±

Все приборы для измерения электрических величин

,Р, (1.6)

где А — результат измерения;

Все приборы для измерения электрических величин

— абсолютная погрешность прибора;

Р — вероятность, при статистической обработке данных.

При этом А и

Все приборы для измерения электрических величин

должны оканчиваться цифрами одинакового разряда, а погрешность

Все приборы для измерения электрических величин

не должна иметь более двух значащих цифр.

Если при обработке данных теория вероятности не применялась, то вероятность Р не указывают.

Измерения, проводимые при выполнении большинства работ, относятся к техническим, которые выполняют однократно. Погрешность прямых однократных измерений определяется погрешностью измерительного прибора

Все приборы для измерения электрических величин

.

Пример. Измеряют напряжение сети U щитовым вольтметром типа
Э-377, класса точности 1,5, с пределом шкалы 250 В. Показание
вольтметра U=215 В. Сначала определяют абсолютную погрешность
вольтметра:

Все приборы для измерения электрических величин

Затем записывают результат измерения с оценкой погрешности:

U=(215±4)B.
Относительная погрешность измерения составляет:

Все приборы для измерения электрических величин

В окончательном ответе должно быть сообщено: «Измерение проведено с относительной погрешностью

Все приборы для измерения электрических величин

= 1,7%. Измеренное напряжение U=(215±4) В».

8. Косвенные измерения и их погрешности

Косвенным измерением называется измерение, при котором искомая величина находится по известной зависимости между этой величиной и другими величинами, полученными в результате прямых измерений. Например, сопротивление R можно определить по формуле: R=U/I, где напряжение U и ток I измерены вольтметром и амперметром соответственно.

Выражения для абсолютной и относительной погрешностей некоторых функциональных зависимостей приведены в табл. 1.3.

Все приборы для измерения электрических величин

P=U

Все приборы для измерения электрических величин

I+

Все приборы для измерения электрических величин

UI

Все приборы для измерения электрических величин

R=(I

Все приборы для измерения электрических величин

U+U

Все приборы для измерения электрических величин

I)/I2

Все приборы для измерения электрических величин

P=

Все приборы для измерения электрических величин

U+

Все приборы для измерения электрических величин

I

P=UICos

Все приборы для измерения электрических величин

Все приборы для измерения электрических величин

P=UI

Все приборы для измерения электрических величин

Cos

Все приборы для измерения электрических величин

+U

Все приборы для измерения электрических величин

ICos

Все приборы для измерения электрических величин

+

+

Все приборы для измерения электрических величин

UICos

Все приборы для измерения электрических величин

Все приборы для измерения электрических величин

P=

Все приборы для измерения электрических величин

U+

Все приборы для измерения электрических величин

I+

Все приборы для измерения электрических величин

Cos

Все приборы для измерения электрических величин

Постоянный и переменный ток

Все приборы для измерения электрических величин

X=

Все приборы для измерения электрических величин

A+

Все приборы для измерения электрических величин

B

Все приборы для измерения электрических величин

X=(

Все приборы для измерения электрических величин

A+

Все приборы для измерения электрических величин

B)/(A — B)

Постоянный и переменный ток

Все приборы для измерения электрических величин

X=

Все приборы для измерения электрических величин

A+

Все приборы для измерения электрических величин

B+

Все приборы для измерения электрических величин

C

Все приборы для измерения электрических величин

X=(

Все приборы для измерения электрических величин

A+

Все приборы для измерения электрических величин

B+

Все приборы для измерения электрических величин

C)/(A+B+C)

Очевидно, что погрешности косвенного измерения значения X часто значительно превосходят по величине погрешности прямого измерения электрических величин. Поэтому целесообразно по возможности применять для исследования электрических цепей прямые измерения.

Источник