e2 (Методички к лабам), страница 2

Ток силой 2,5 А измеряют двумя амперметрами, класс точности которых соответственно 0,5 и 1,0. Диапазон измерений первого амперметра 25 А, а второго 5 А. Оценить относительную погрешность измерения тока в обоих случаях и записать результаты измерений в общем виде. По формуле (7) имеемε 1 = 0 ,5255= 0 ,05 ; ε 2 = 1 ,0= 0 ,022 ,5 ⋅ 1002 ,5 ⋅ 100Результаты измерений с учетом правил округления нужно представить какI1 = (2,5 ± 0,1) A; I2 =(2,50 ± 0,05) А.Из примера видно, что измерение амперметром более низкого класса точности может быть более точным. Следовательно, для достижения заданной точности измерения можно варьироватьклассом точности прибора и его диапазоном измерений.Следует правильно формулировать предложение, в котором дана количественная оценка погрешности.

Например: "Измерение тока с абсолютной погрешностью до 1 мА", "Измерение тока с относительной погрешностью до 1 %. (Выражение "Измерение тока с точностью до 1 мА"неправильно.)ОСНОВНЫЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРИБОРОВПринцип работы приборов зависит от вида действия электрического тока или напряжения. Всоответствии с этим электроизмерительные приборы различают по системам. (При работе сприбором необходимо знание его системы, так как от этого зависят способы его применения.)Магнитоэлектрическая система.

Принцип работы приборов данной системы основан на взаимодействии контура с током и магнитного поля постоянного магнита. На рис. 2 показан измерительный механизм прибора магнитоэлектрической системы. Он состоит из постоянного магнита1, полюсных наконечников 2 и неподвижного цилиндрического сердечника 3, выполненного измягкого железа. В воздушном зазоре между сердечником 3 и наконечниками 2 расположенаподвижная рамка 4, содержащая определенное количество витков тонкого провода.

К рамке сдвух сторон прикреплены полуоси 5, что обеспечивает свободный поворот ее вокруг сердечника 3 на некоторый угол и перемещение стрелки 7, которая жестко скреплена с рамкой. Ток крамке подводится через две спиральные пружины 6, создающие противодействующий момент.При протекании тока по обмотке рамки возникает вращающий момент, под действием которогострелка будет отклоняться до тех пор, пока вращающий момент не уравновесится противодействующим моментом спиральных пружин 6.

Таким образом, угол отклонения будет зависеть отсилы тока в рамке. Значение измеряемого тока можно отсчитывать по шкале, предварительнопроградуировав прибор.Приборы магнитоэлектрической системы используются, какправило, для измерения постоянных токов и напряжений. Ихдостоинствами являются высокая чувствительность, большаяточность (класс точности 0,05; 0,1; 0,2), равномерность шкалы,малое собственное потребление электрической энергии (10-5..106Вт).К недостаткам магнитоэлектрических приборов следует отнестисложность их устройства, невозможность измерения переменных токов, чувствительность к перегрузкам.Электромагнитная система.

Работа приборов этой системы (рис.3) основана на взаимодействии магнитного поля катушки 1, покоторой проходит измеряемый ток IИЗМ, с магнитомягким сердечником 2. Сердечник имеет вид тонкой пластины, жесткоскрепленной с осью 3, на которой расположена стрелка 6. Спиральная пружина 5 создает противодействующий момент.

Сила,действующая на сердечник, пропорциональна напряженностимагнитного поля катушки 1 и намагниченности сердечника 2Рис. 2(последняя также пропорциональна напряженности магнитногополя). Таким образом, вращающий момент пропорционаленквадрату напряженности и, значит, квадрату силы тока. Для успокоения колебаний стрелки используется воздушный демпфер 4, представляющий собой замкнутую полость, в которой перемещается поршень, связанный с осью. Между поршнем и поверхностью полости имеется небольшой зазор. Трение выходящего через зазор воздуха создает тормозящий момент, приводящий к затуханию колебаний стрелки.Приборы электромагнитной системы можно применять для измерений в цепях постоянного и переменного токов. При переменном токе показания прибора пропорциональны действующему значению измеряемой величины. В электромагнитныхприборах шкала неравномерная (квадратичная, сжатая в начале),чувствительность малая, поэтому они применяются в основномдля измерений в цепях переменного тока промышленной частоты (50 Гц).

Класс точности приборов 1,0; 1,5; 2,5. По конструкции данные приборы проще и дешевле других, надежны в работе и из-за отсутствия токопроводов к подвижной части способны выдерживать большие перегрузки. Однако на их работу могут влиять внешние магнитные поля, что создает дополнительные погрешности измерений.Электродинамическая система. Принцип работы этих приборовзаключается во взаимодействии двух контуров с токами (рис.

4).Рис.3Контуры изготовляются в виде катушек круглой или прямоугольной формы. Внутри неподвижной катушки 1 расположенабескаркасная катушка 2, закрепленная на оси 3. Ток к катушке 2 подводится через пружинки 4,которые создают противодействующий момент. Стрелка 5 жестко скреплена с осью 3. Катушкавключаются последовательно в вольтметрах и параллельно в амперметрах. Вращающий моментпропорционален произведению токов в катушках, т.е. квадрату общего тока через прибор.Электродинамические приборы в основном изготовляются как переносные приборы классовточности 0,1; 0,2; 0,5 для измерений тока, напряжения и мощности в цепях постоянного и переменного токов при частоте 40-100 Гц, и для измерения фаз. Основные недостатки - малая чувствительность, неустойчивость к перегрузкам, сильное влияние внешних магнитных полей, неравномерная шкала, сложность конструкции.При измерении мощности неподвижная катушка включается как амперметр, а подвижная - каквольтметр.

В этом случае вращающий момент пропорционален мощности в исследуемой цепи.Электростатическая система. Принцип работы приборов данной системы заключается во взаимодействии электрически заряженных подвижных и неподвижных пластин (рис. 5). Между неподвижными пластинами 1 расположены подвижные пластины 2, жестко скрепленные с осью 3.С последней, в свою очередь, скреплена стрелка 4. К пластинам 1 и 2 подводится напряжение,создающее между ними электрическое поле. Под действием сил поля подвижные пластины втягиваются в пространство между неподвижными пластинами. Противодействующий моментсоздается спиральной пружиной 5.Электростатические приборы измеряют постоянные и переменные напряжения до частот порядка 107...108 Гц; эти приборы характеризуются очень большим входным сопротивлением (от10 до 100 МОм), практически не вносят искажений в исследуемую цепь, а также нечувствительны к внешним магнитным полям.К числу недостатков относятся малая чувствительность, неравномерность шкалы, опасностьэлектрического пробоя между пластинами.ОБОБЩЕННАЯ СТРУКТУРНАЯ СХЕМА И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОННОГОЦИФРОВОГО ВОЛЬТМЕТРАОбобщенная структурная схема электронного цифрового вольтметра изображена на рис.

6.Входное устройство представляет собой калиброванный делитель с большим входным сопротивлением, достигающим 107 Ом.Сравнивающее устройство служит для сравнения измеряемого Ux и образцового Uобр напряжений и фиксации их равенства.Преобразователь напряжения в код создает образцовое (опорное) напряжение Uoбp, которое поступает в сравнивающее устройство.

При равенстве Ux= Uoбp это значение напряжения преобразуется в определенный код (число импульсов, интервал времени, частоту и т.д.), которыйфиксируется электронным счетчиком и поступает в устройство цифрового отсчета. Устройствоцифрового отсчета часто изготовляют на цифровых газоразрядных лампах.ВХОДНОЕУСТРОЙСТВОСРАВНИВАЮЩЕЕУСТРОЙСТВОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬU В КОДЭЛЕКТРОННЫЙСЧЕТЧИКУСТРОЙСТВОЦИФРОВОГО ОТСЧЕТАУПРАВЛЯЮЩЕЕУСТРОЙСТВОРис.6Управляющее устройство обеспечивает согласованную работу узлов, различные переключенияи выполнение логических операций.Рассмотрим принцип действия электронного цифрового вольтметра с времяимпульсным преобразователем измеряемого напряжения.

Принцип действия состоит в следующем. Измеряемоенапряжение преобразуется во временной интервал, пропорциональный измеряемой величине.Выделенный интервал заполняется счетными импульсами, которые подсчитываются электронным счетчиком, и результат измерения изображается в цифровой форме устройством цифрового отсчета. На рис.7 приведена временная диаграмма, поясняющая работу времяимпульсногоцифрового вольтметра.

Вольтметр измеряет напряжение циклами, которые задаются управляющим устройством. В начале цикла по сигналу "Запуск" (рис.7а), который может выдаватьсявручную или автоматически, сбрасываются на нуль предыдущие показания счетчика, запускается генератор пилообразного напряжения, с Uобр которого сравнивается, как с образцовым,измеряемое UX (рис.7б). В момент, когда Uобр = 0, вырабатывается импульс U1 (рис.7в) запускасчетчика импульсов, которые поступают с генератора образцовых импульсов UИМП с частотойν0 (рис.7д) на вход счетчика.При Uобр= Ux (см.

рис.7б) вырабатывается импульс U2 (рис. 7г), который прекращает поступление образцовых импульсов в счетчик и их счет. За время tX счетчик фиксирует NX импульсов(рис.7е). Из рис.7б следует, что UX= tX· tgα.Но так как tgα равен скорости изменения пилообразного напряжения v (В/c), а tX = NX/ν0, тоUX = tX ν = η NX,nгде коэффициент η=ν/ν0 =const для данного вольтметра и выбирается равным 10 ( n = 0, 1,2,...). Как видно из соотношения UX=ηNX, показания счетчика соответствуют значению UX вцифровом выражении.UЗАПa0UОБР0tбUXαttXU1в0U2tг0UИМПtд0UСЧte0NXtРис.7ВОЛЬТМЕТР УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ЦИФРОВОЙ В7-27Назначение. Вольтметр предназначен для измерения постоянного и переменного напряжений,постоянного тока, сопротивления и температуры.Технические данные.