Основы теории электрических измерений

УТВЕРЖДАЮ

Заведующий кафедрой

д.т.н., проф. О.В. Григораш

«____»____________20__г.

 

Дисциплина «Электротехника и электроника»

 

Раздел 3. Основы электроники, электрические измерения

И электробезопасность

Л е к ц и я № 10

ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

Цель занятия: Изучить основы теории электрических измерений, а также назначение, устройство и принцип работы электроизмерительных приборов

 

Основы теории электрических измерений

ОПРЕДЕЛЕНИЕ. Измерение – это определение значения физической величины опытным путем.

 

При эксплуатации электротехнических устройств постоянно возникает необходимость контроля и соответственно измерения электрических параметров: тока, напряжения, мощности, частоты и т.д. Для этой цели применяются различные измерительные приборы.

В зависимости от способа получения результатов измерения делят на два вида: прямые и косвенные.

 

ОПРЕДЕЛЕНИЯ. Прямыми называют измерения, при которых искомое значение физической величины определяют непосредственно по показанию прибора.

Косвенными называют измерения, при которых искомое значение физической величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, полученными в результате прямых измерений.

 

Из-за несовершенства средств и методов измерений, субъективных ошибок и случайных влияний результаты реальных измерений отличаются от действительных значений величин.

 

ЭТО ВАЖНО. Разницу между показанием прибора и действительным значением измеряемой величины называют погрешностью прибора.

 

Погрешность прибора принято выражать в процентах по отношению к наибольшему показанию прибора. Например, если с помощью вольтметра со шкалой на 200 В измерялось напряжение 40 В, а вольтметр показал только 38 В, то погрешность измерения равна 2 В. По отношению к наибольшему показанию прибора (200 В) эта погрешность составляет 1%, хотя по отношению к измеряемому напряжению она равна 5%.

 

Абсолютная погрешность прибора есть разность между показанием прибора х_П и действительным значением измеряемой величины х_Д

(10.1)

За действительное значение измеряемой величины принимается ее значение, найденное экспериментально (с помощью образцового прибора).

 

ЭТО ВАЖНО. Точность измерения – степень близости результата измерения к истинному значению измеряемой физической величины.

 

Точность измерения оценивается обычно не абсолютной, а относительной погрешностью, выраженной отношением абсолютной погрешности к действительному значению измеряемой величины

(10.2)

Вследствие того, что числовые значения погрешностей выражаются не более чем двумя значащими цифрами, во многих случаях допустимо абсолютную погрешность относить к показанию измерительного прибора

(10.3)

 

Если для измерения тока в некоторую цепь включить амперметр, причем выходное сопротивление цепи по отношению к зажимам амперметра равно R, а напряжение холостого хода по отношению к тем же зажимам U, то действительное значение тока в цепи (при R_А» 0) равняется I_Д = U / R, а измеренное равно I /(R + R_А). Относительная методическая погрешность при этом

(10.4)

Для измерения напряжения на выходе устройства с выходным сопротивлением R и напряжением холостого хода U применяется вольтметр с внутренним сопротивлением R_V (U_V – напряжение на зажимах вольтметра), то относительная методическая погрешность измерения

(10.5)

Относительная приведенная погрешность прибора есть отношение абсолютной погрешности к нормирующему значению

(10.6)

где х_В – верхний предел измерения прибора.

Нормирующее значение для прибора с равномерной или степенной шкалой, как правило, принимается равным конечному значению рабочей части шкалы (верхнему пределу измерения), если нулевая отметка находится на краю или вне шкалы.

ЭТО ВАЖНО. Класс точности прибора – обобщенная характеристика прибора, определяемая пределами допускаемой основной погрешности и изменением показаний прибора под действием влияющих величин, а также другими свойствами прибора.

Зная класс точности прибора, можно найти предел допускаемой основной погрешности – наибольшую основную погрешность прибора, допущенного к применению.

 

ЭТО ВАЖНО. В зависимости от погрешности электроизмерительные приборы подразделяются на классы. Каждый класс обозначается значением погрешности, выраженной в процентах. Наиболее точные лабораторные приборы имеют класс 0,05; 0,1; 0,2 или 0,5. Хорошие технические приборы относятся к классу 1,0 или 1,5. Имеются также и менее точные приборы класса 2,5 или 4,0.

При измерении иногда допускаются ошибки в отсчете показаний прибора. Для этого следует пользоваться понятием о цене деления шкалы.

 

ПРИМЕР. Миллиамперметр на 100 мА имеет шкалу на 20 делений. Тогда каждому делению соответствует 5 мА. Это и будет шкала делений. Если стрелка такого прибора отклоняется на три деления, то, умножив число делений на цену одного деления, т.е. умножив 3 на 5, получим значение тока 15 мА.

 

При пользовании измерительным прибором всегда следует сначала определить цену деления.

Перед началом измерений необходимо ознакомиться с прибором. На шкале прибора, помимо делений с цифрами и букв, обозначающих сокращенной буквой вольты (V), амперы (А), ватты (W) и т.д., имеются другие условные обозначения, приведенные в табл.16.1. Эти обозначения, как правило, наносятся в нижней части шкалы измерительного прибора. Здесь специальным знаком показана система прибора: магнитоэлектрическая, электромагнитная и т.п. Кроме того, на шкале имеется значок постоянного тока (горизонтальная черточка) или переменного тока (синусоида), а иногда и тот и другой.

 

ЭТО ВАЖНО. Приборы постоянного тока нельзя применять для измерения в цепи переменного тока. Но зато некоторые приборы переменного тока можно использовать при измерениях постоянного тока.

Прибора магнитоэлектрической системы измеряют среднее значение (постоянную составляющую) измеряемой величины, т.е. применяются для измерений в цепях постоянного тока. Приборы электромагнитной системы, измеряют действующее значение измеряемой величины, поэтому применяются для измерений в цепях переменного тока.

Перед началом измерений, если стрелка прибора не стоит на нуле, то необходимо установить ее на нуль, вращая отверткой корректор, расположенный в нижней части корпуса прибора.

 

Таблица 16.1 – Условные обозначения на шкалах измерительных приборов

 

Следует обратить внимание на обозначения возле зажимов прибора. Например, на магнитоэлектрических приборах всегда показаны плюс и минус или один из этих знаков. Нужно подключать такие приборы с соблюдением полярности, иначе стрелка будет отклоняться в противоположную сторону.