Электротехника Лекции, страница 17

Наибольшее распространение получил метод непосредственной оценки. При этом числовое значение измеряемой величины определяется непосредственно по показаниям прибора, например величину тока по показаниям амперметра, напряжения – по показаниям вольтметра, сопротивления – по показаниям омметра и т.д. Это прямые измерения. Если измеряемая величина определяется по данным измерения других электрических величин путем вычисления этой величины, то такое изме­рение называется косвенным. Например, определение сопротивления по показаниям амперметра и вольтметра.

Метод сравнения широко используется для точных измерений. Он заключается в сравнении из­меряемой величины с образцовой мерой такой же физической природы. Метод сравнения осуществ­ляется с помощью мостовых или компенсационных схем.

7.4.2 Измерение тока и напряжения.

Для измерения величины тока в какой-либо цепи последовательно в цепь включают амперметр. Для измерения значения напряжения на каком-либо участке электрической цепи на элементе цепи подсоединяется параллельно им вольтметр.

В установках постоянного тока

Рис 7.6 а) применяются, как правило приборы магнитоэлектрической системы, в установках переменного тока используют преимущественно приборы электромагнитной системы.

М ежду амперметром и вольтметром нет принципиальной разницы. Показания обоих приборов пропорциональны току, протекающему по рамке. Однако соответственно их назначению к ним

предъявляют совершенно противоположные требования:

амперметр должен иметь возможно мень­шее сопротивление, а вольтметр возможно большее сопротивление. Для уменьшения погрешности измерения необходимо чтобы сопротивление амперметра было на два порядка меньше, а сопротив­ления вольтметра на два порядка больше сопротивления любого элемента измерения цепи.

Для расширения предела измерения

Рис 7.6 б) амперметра ( в k раз) в цепях постоянного тока служат шунты-резисторы, вклю­чаемые параллельно амперметру (рис. 7.6,a).

Сопротивление шунта определяется из соотношения

r_ш (I_max – I_а,н) = r_аI_а,н ,

где I_max — наибольшее значение тока в контролируемой цепи (предел измерения тока ампер­метром при наличии шунта);

I_а,н — предельное (номинальное) значение тока прибора при от­сутствии шунта.

Отсюда .

Значение тока I в контролируемой цепи при существующей нагрузке определяется из соотно­шения

,

где I_а — показание амперметра.

Шкалу амперметра часто градуируют с учетом включенного шунта; тогда значение измеряе­мого тока I отсчитывается не­посредственно по шкале прибора.

В цепях переменного тока для расширения пределов изме­рения амперметров используют трансформаторы тока.

Для расширения предела измерения вольтметра (в k раз) в цепях напряжением до 500 В обычно применяют добавочные резисторы, включаемые последовательно с обмоткой вольтметра (рис. 7.6, б).

Сопротивление добавочного резистора r_д определяют из соотношения

,

где U_max - наибольшее значение измеряемого напряжения (пре­дел измерения напряжения вольтметром при наличии добавоч­ного резистора); U_в,н — предельное (номинальное) значение на­пряжения прибора при отсутствии добавочного резистора. Отсюда

.

Значение фактически измеряемого напряжения U опреде­ляется из соотношения

, U = kU_в,

где U_в — показание вольтметра.

Шкалу вольтметра градуируют с учетом включенного доба­вочного резистора.

В цепях переменного тока высокого напряжения для расши­рения пределов измерения вольт­метров применяют трансфор­маторы напряжения.

7.5. Измерение мощности и энергии в цепях переменного тока

7.5.1. Измерение активной мощности в цепях однофазного то­ка.

Для измерения мощности Р служат ваттметры электродинамической системы; схема включе­ния ваттметра изображена на рис. 7.7.

Н еподвижная обмотка 1—1 при­бора называется токовой и включа­ется в цепь последовательно. Подвиж­ная обмотка 2—2 называется обмот­кой напряжения и включается в цепь параллельно.

Т ок I₂ в обмотке напряжения 2—2

пропорционален напряжению U кон­тролируемой цепи и сов­падает с ним по фазе, а ток I₁ равен току I нагрузки.

Рис 7.7 Момент, действую­щий на подвижную обмотку, равен

M_вр = CUI cos φ = CP,

где С — коэффициент пропорциональности.

Поскольку противодействующий момент М_пр пропорциона­лен углу поворота а стрелки, откло­нение стрелки пропорцио­нально измеряемой активной мощности Р.

Для правильного включения ваттметра один из выводов то­ковой обмотки и один из выводов обмотки напряжения отме­чают звездочками (*). Эти выводы, называемые генераторными, необхо­димо включать со стороны источника питания.

Следует отметить, что электродинамическими ваттметрами можно измерять также мощность в цепях постоянного тока.

7.5.2. Измерение активной и реактивной мощностей в цепях трехфазного тока.

Для изме­рения мощности трехфазного при­емника применяют различные схемы включения ваттметров.

При симметричной нагрузке активную мощность Р можно измерить одним ваттметром, вклю­ченным по схемам рис. 7.8,а,б.

а) б) в)

Рис.7.8.

Общая мощность потребителя

P = 3W,

где W— показание ваттметра.

При несимметричной нагрузке мощность трехфазного приемника можно измерить тремя ватт­метрами (рис. 7.8,в).

Общая мощность приемника в этом случае

P = W₁ + W₂ + W_{3 .}

В трехпроводных системах трехфазного тока при симмет­ричной и несимметричной нагрузках и любом способе соедине­ния приемников широко распространена схем а измерения мо­щности двумя ваттметрами (рис. 7.9 ).

На этой схеме токовые обмотки ваттметров включены в линейные провода А и В, а обмотки напряжения — на линейные напряжения U_АС и U_ВС

П ри симметричной нагрузке реактивную мощность Q трехфазной системы можно измерить од­ним ваттметром (рис. 7.10 ).

В этой схеме токовая обмотка включена в линейный провод А, а парал­лельная обмотка напряжения — на линейное напряжение U_ВС.

У множая показание ваттметра на , получаем значение реактивной мощности Q трехфазной сети при симметричной нагрузке.

7.5.3. Измерение электрической энергии в цепях переменного тока.

Для измерения энергии в цепях переменного тока при­меняются однофазные и трехфазные счетчики индукционной системы. Схемы включения однофазных счетчиков для измерения активной энергии Wа в однофазной в трехфазной цепях аналогичны схемам включения ваттметров, представ­ленных на рис. 7.7, 7.8.

В трехфазных цепях активную энергию W_а, измеряют трех- или четырехэлементными трехфаз­ными счетчиками. Трехэле­ментные счетчики конструктивно представляют собой три из­мерительные системы однофазных счетчиков, имеющих общую ось. Трехэлементные счетчики (рис. 7.11, а) ис­пользуют в четы­рехпроводных цепях трехфазного тока.

Для измерения активной энергии в трехпроводниковых цепях применяют двухэлементные счетчики (рис. 7.11 б), объе­диняющие измерительные

системы двух однофазных счетчиков.

Обмотки этих систем включают по рассмотренной ранее схеме двух ваттметров (см. рис. 7.9).

Реактивную энергию W_р при симметричной нагрузке фаз трехпроводной сети можно измерить при помощи двух одно­фазных счетчиков, обмотки которых включены по схеме рис. 7.9, Значение W_p находят как разность показаний счетчиков, увеличенную в раз. Кроме того, применяют специаль­ные трехфазные счетчики реактивной энергии, используемые как при симметричной, так и при несимметричной нагрузках фаз.

7.6. Электронно—лучевой осциллограф

Электронно-лучевой осциллограф используется для визуаль­ного наблюдения, измерения и ре­гистрации формы и парамет­ров электрических сигналов в диапазоне частот от постоянного тока до десятков мегагерц.

Электронно-лучевые осциллографы обладают высокой чув­ствительностью и малой инерцион­ностью, подразделяются на универсальные, запоминающие; специальные и др., могут быть одно-, двух- и многолучевыми.

Функциональная схема электронно-лучевого осциллографа приведена на рис.7.12.

Основным узлом осциллографа являет­ся вакуумная электронно-лучевая трубка ЭЛТ, которая пре­образует элек­трические сигналы в световое изображение. Катод 2, подогреваемый нитью накала 1, является источ­ником сво­бодных электронов, которые формируются в электронный луч и фокусируются первым анодом 4 на экране 8 ЭЛТ. Ускорение электронов луча осуществляется вторым анодом 5. При соуда­рении электронов с экраном 8 их кинетическая энергия преоб­разуется в световое излучение посред­ством катодолюминофоров, т. е. веществ, светящихся под действием бомбардировки их электронами. Время после­свечения (после прекращения действия электронного луча) может составлять от 0,05 до 20 с и более.

Изменяя отрицательный потенциал электрода 3 по отноше­нию к катоду, можно воздействовать на значение тока элек­тронного луча, а следовательно, и яркость свечения изображе­ния на экране.

У правление лучом ЭЛТ осуществляется посредством трех каналов управления х, у,z, кото­рые обеспечивают получение развернутого изображения исследуемого электрического сигна­ла в функции времени. Канал у осуществляет вертикальное от­клонение луча по оси у системы координат и непосредственно связан с исследуемым сигналом. Канал х обеспечивает гори­зонтальное отклоне­ние

луча по оси времени х системы коорди­нат. Канал z управляет яркостью луча.

Для создания линейного масштаба по оси времени х необ­ходимо равномерное перемещение электронного луча по гори­зонтали, что обеспечивается подачей на горизонтально откло­няющие пластины 7 ЭЛТ линейно нарастающего напряжения развертки (рис. 7.13, в). Если при этом отсут­ствует напряжение на вертикально отклоняющих пластинах б, на экране осцил­лографа появляется горизонтальная линия. При одновремен­ной подаче исследуемого напряжения (рис. 7.1З,а) на пла­стины б и напряжения развертки на экране осциллографа появляется осциллограмма (рис.7.13,б), дающая полное представление о форме, амплитуде, частоте исследуемого напряжения.

В канале х частота генератора развертки недостаточно ста­бильна. Для получения устойчивого изображения на экране ос­циллографа необходимо выполнение равенства T_x=nT_у, где T_x — период напряжения развертки, T_y — период исследуемого напряжения, п = 1, 2, З... Это равенство обеспечи­вается устрой­ством синхронизации, которое «подстраивает» частоту генера­тора развертки под час­тоту исследуемого напряжения.