В.В. Филинов, А. В. Филинова - Электроника и основы измерений (1084406), страница 21

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 21)

по источнику погрешности: методические и инструментальные. Методические погрешности обусловлены несовершенством метода измерения и не зависят от средств измерения. Инструментальные погрешности вызваны несовершенством средств измерения и не зависят от метода измерения;

по взаимной корреляции значений: на систематические, прогрессирующие и случайные. Систематические погрешности можно считать неизменными во времени; прогрессирующие погрешности изменяются во времени по определённому закону; случайные погрешности принимают различные произвольные значения, однако часто можно найти регрессионные зависимости, соответствующие совокупностям случайных значений погрешностей;

по форме нормирования: абсолютные, относительные и приведенные.

Абсолютная погрешность измерения определяется как разность результата измерения Y и истинного значения измеряемой величины X, т. е. .

Абсолютная погрешность имеет размерность измеряемой величины и часто неудобна для сравнения метрологических характеристик различных средств и методов измерений. Поэтому пользуются безразмерными формами оценки погрешности: относительной и приведенной погрешностями.

Относительная погрешность – это отношение абсолютной погрешности к истинному значению измеряемой величины:

.

Приведённая погрешность – это отношение абсолютной погрешности к нормирующему значению измеряемой величины (нормирующее значение для большинства приборов – это диапазон измерения по шкале):

Если

, то .

В паспорте измерительного прибора приводится значение приведенной погрешности, выраженное в процентах.

Это значение округляется до одного из чисел 4,0; 2,5; 1,5; 1,0; 0,5;0,25; 0,1; 0,05, которое называется классом точности. Класс точности является обобщенной метрологической характеристикой средства измерения, определяющей доступные пределы всех погрешностей. Так, 0,1 означает, что погрешность измерения составляет .

4.3. Системы электроизмерительных приборов

В приборах магнитоэлектрической системе вращающий момент создается в результате взаимодействия постоянного магнита с проводником с током. Подвижной частью может быть рамка с током или постоянный магнит, расположенный на оси.

Приборы магнитоэлектрической системы с подвижным магнитом являются приборами низких классов точности и применяются как указательные в транспортных средствах и др.

Электроизмерительные приборы с подвижной рамкой имеют высокую точность и применяются при более точных измерениях.

На рамку с током в магнитном поле действует электромагнитная сила.

Поскольку сила определяется по закону электромагнитной силы, то и вращательный момент будет пропорционален току, протекающему в рамке. Если противодействующий момент создается пружиной

= m ,

то угол поворота рамки (стрелки прибора) пропорционален току в рамке

cI,

где m - удельный противодействующий момент,

с - постоянная величина.

Величина называется чувствительностью прибора и характеризует класс точности.

Поскольку угол поворота стрелки пропорционален току, шкала приборов магнитоэлектрической системы равномерная, что является преимущество таких приборов.

Магнитоэлектрические приборы применяют для измерения постоянных токов и напряжения. Они также могут использоваться для измерения сопротивления как гальванометры.

Амперметры и вольтметры магнитоэлектрической системы имеют высокий класс точности(до 0,1) и сравнительно небольшие внутренние потери энергии.

Недостаток приборов этой системы можно считать непригодность к работе в цепях переменного тока, чувствительность к перегрузкам и зависимость от окружающей температуры.

Магнитоэлектрическим прибором можно проводить измерения в цепях переменного тока, если в цепь подвижной катушки включить преобразователь переменного тока в постоянный.

Электроизмерительный прибор электромагнитной системы имеет неподвижную катушку и расположенную на оси ферромагнитную пластинку. Если в катушки протекает измеряемый ток, то созданное катушкой поле втягивает вглубь ферромагнитный лепесток. Если измеряется величина в цепи постоянного тока, то вращательный момент пропорционален квадрату тока. Если в катушке протекает синусоидальный ток, то вращающий момент пропорционален квадрату действующего значения этого тока

,

где k - коэффициент пропорциональности.

Угол отклонения подвижной части также пропорционален квадрату тока

.

С помощью специальной формы ферромагнитного лепестка можно немного уменьшить неравномерность. Создаются приборы, в которых шкала неравномерна только в начальной части.

Квадратичная пропорциональность означает, что направление отклонения стрелки не зависит от направления тока, т.е. приборами электромагнитной системы можно измерять как в цепях постоянного, так и в цепях переменного тока.

Приборы электромагнитной системы могут непосредственно измерять значительные токи (до 300 А) и напряжение (до 600 В). измерительный механизм амперметра на большой ток имеет катушку в виде одного витка медной шины. Электромагнитный вольтметр на большое напряжение имеет катушку с большим количеством витков провода малого сечения с дополнительными резисторами, которые компенсируют температурные погрешности.

Точность электромагнитного прибора значительно ограничивается из-за наличия ферромагнитного сердечника и связанного с этим явления остаточного намагничивания. Для уменьшения влияния гистерезиса (т.е. повышение класса точности прибора) сердечник изготавливают из специальных ферромагнитных сплавов (например, пермаллоев) с небольшой коэрцитивной силой.

Такие приборы имеют высокий класс точности, до 0,2.

Основными преимуществами приборов электромагнитной системы можно считать:

а) простоту, надежность, дешевизну;

б) возможность использования в цепях постоянного и переменного тока;

в) высокую перегрузочную способность.

К недостаткам приборов электромагнитной системы относят:

а) невысокую точность;

б) невысокую чувствительность;

в) большое собственное потребление электроэнергии (0,5…15 Вт);

г) ограниченный частотный диапазон измеряемых величин;

д) неравномерность шкалы;

е) чувствительность к влиянию внешних магнитных полей.

Собственное магнитное поле прибора очень слабое, поэтому внешнее поле значительно влияет на его показания. Для уменьшения влияния внешнего поля измерительный механизм защищают стальным экраном. Значительно меньше влияет внешнее поле на приборы электромагнитной системы с астатическим измерительный механизмом.

Астатический измерительный механизм имеет две неподвижные обмотки и два сердечника на одной оси. Обмотки включаются последовательно таким образом, что их потоки встречные, а действующие на сердечник моменты - согласные. В этом случае внешний магнитный поток усиливает момент второго сердечника. Поэтому в астатических электромагнитных приборах общий вращательный момент не зависит от внешнего магнитного поля.

Приборы электромагнитной системы применяются в промышленных электротехнических устройствах низкой частоты и постоянного тока, а также (достаточно широко) как щитовые амперметры и вольтметры классов 1,0; 1,5; 2,0.

Приборы электромагнитной системы имеют измерительных механизм, состоящий из двух катушек: неподвижной и подвижной. Неподвижная катушка имеет две секции, внутри которых на оси расположена подвижная катушка. При наличии тока в катушке возникают электромагнитные силы взаимодействия, стремящиеся повернуть подвижную катушку, т.е. вращающий момент пропорционален (для постоянных токов и соответствующей конструкции механизма) произведению токов:

.

Если прибор включить в цепь синусоидального тока, то вращающий момент пропорционален произведению действующих значений тока и косинуса сдвига фаз между ними

.

Электродинамические приборы можно использовать как амперметры, вольтметры, ваттметры в цепях постоянного и переменного токов.

Противодействующий момент создается двумя пружинами, по которым осуществляется и подвод тока к подвижной катушки. Подбирая формы катушек и их расположение , можно получить почти линейную шкалу вольтметров и амперметров, начиная с 20% верхней границы измерения.

Используя электродинамический прибор как амперметр, катушки включают параллельно, так как подвод большого тока к подвижной катушке через пружины ограничен. Обе обмотки включаются через дополнительные резисторы.

При измерении напряжения обмотки включаются последовательно друг с другом и также с дополнительными резисторами.

Если прибор используется как вольтметр, то неподвижную обмотку включают последовательно, а подвижную с дополнительным резистором - параллельно нагрузке. Угол отклонения стрелки пропорционален мощности нагрузки, поэтому шкала ваттметров электродинамической системы всегда равномерная. Направление отклонения подвижной части зависит от относительного направления тока в катушке. Поэтому зажимы токовой обмотки и обмотки напряжения, которые включают на источник питания, обозначаются звездой.

Приборы электродинамической системы имеют преимущество перед приборами других систем:

а) очень высокую точность (классы 0,1; 0,2; 0,5);

Характеристики

Список файлов книги