Условные обозначения на шкалах электроизмерительных приборов. Погрешность измерений

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

РЕФЕРАТ

Условные обозначения на шкалах электроизмерительных приборов. Погрешность измерений

1. Детали электроизмерительных приборов

прибор электроизмерительный шкала

Устройство для создания противодействующего момента.

Принцип работы большинства электроизмерительных стрелочных приборов основан на повороте подвижной их части под действием вращающегося момента. Последний создается током, связанным определенной зависимостью с измеряемой электрической величиной.

Если этому повороту ничем не противодействовать, то подвижная часть прибора либо повернется на наибольший возможный угол, либо придет в ускоренное движение. Противодействующий момент у большинства приборов создается закручивающейся упругой бронзовой пружиной 1, концы которой прикреплены: один - к оси подвижной части прибора 2, а другой - к неподвижной части прибора (к вилке пружинодержателя) 3. Очевидно, что чем больше ток, проходящий через прибор, тем больше вращающий момент, действующий на подвижную часть прибора. Под действием этого вращающего момента подвижная часть прибора поворачивается, закручивая спиральную пружину. Пружина, в свою очередь, препятствует этому повороту. Поворот будет происходить до тех пор, пока вращающий и противодействующий моменты не сравняются:. Кроме того, спиральная пружина возвращает подвижную часть прибора в первоначальное (нулевое) положение после того, как прибор выключен из цепи.

Для уравновешивания стрелки прибора иногда применяют грузики 4 (противовесы), навинченные на стержни с мелкой резьбой, посредством которой можно изменять расстояние грузиков от оси вращения. Для установки стрелки прибора против нулевого деления служит корректор, состоящий из поводка 5 и винта 6. Эксцентрично поворачивающийся выступ винта 6 изменяет положение пружино-держателя 3 и одного конца спиральной пружины 1, поворачивая тем самым стрелку 7 в нужную сторону. У многих приборов по две противодействующих пружины. Они помещаются либо рядом, либо у концов оси подвижной системы.

Шкалы приборов. Шкала прибора служит для отсчета значений измеряемой величины. Кроме того, на шкалу обычно наносят условные обозначения, соответствующие характеристикам данного прибора (род измеряемой величины, род тока, класс точности, принцип действия и т.д.).В многопредельных приборах шкала имеет определенное число условных делений, по которым путем пересчета определяют измеряемую величину в нужных единицах. Шкалы других приборов градуируют непосредственно в значениях измеряемой величины, - это шкалы непосредственного отсчета. Различают равномерные и неравномерные шкалы. Достоинством равномерной является постоянство масштаба вдоль всей шкалы, что обеспечивает простоту отсчета измеряемой величины в любой части шкалы. Обычно в стрелочных приборах стрелка находится на некотором расстоянии от шкалы, а для снятия показаний приборов приходится проецировать положение стрелки на шкалу. При этом положение проекции стрелки зависит от угла между лучом зрения на стрелку и плоскостью шкалы, т.е. от положения глаза относительно стрелки и шкалы. Этот угол должен быть прямым. На практике трудно добиться такого угла, поэтому получается так называемая погрешность от параллакса (параллакс - видимое смещение предмета из-за перемены места наблюдения). Для устранения этой параллактической погрешности на шкалах наиболее точных приборов укрепляют плоскую зеркальную пластину. Отсчет показаний снимают одним глазом, причем глаз располагают относительно стрелки и шкалы так, чтобы стрелка и ее изображение в зеркале сливались воедино.

Успокоители. Подвижную часть прибора с противодействующей спиральной пружиной можно рассматривать как некоторую колебательную систему. В самом деле, при включении прибора в цепь подвижная его часть под действием толчка, создаваемого быстро нарастающим вращающим моментом, поворачивается, но не сразу может остановиться в положении, в котором вращающий и противодействующий моменты равны (подобно тому, как маятник не в состоянии остановиться, проходя через положение равновесия). Подвижная часть прибора будет совершать затухающие колебания, и для снятия показаний необходимо некоторое время для полной остановки его стрелки. Для быстрой остановки подвижной части прибора применяют специальные устройства - успокоители. Наиболее распространенными успокоителями являюгся воздушные и магнитоиндукционные.

Воздушный успокоитель представляет собой дугообразный цилиндр1, запаянный с одного конца. Внутри цилиндра находится поршень 2. Он жестко связан с подвижной частью прибора и не касается стенок цилиндра. Зазор между поршнем и цилиндром невелик и при быстрых перемещениях поршня давление внутри цилиндра не успевает выровняться с атмосферным. В цилиндре создаются то сгущения, то разрежения воздуха, которые препятствуют движению поршня и тем самым быстро успокаивают подвижную систему. При медленном же движении поршня часть воздуха может свободно входить в цилиндр и выходить из него через зазор, не препятствуя поворотам подвижной части прибора.

Иногда воздушный успокоитель имеет форму замкнутой коробочки со щелью. Эта щель служит для перемещения рычага /, на котором укреплена пластинка 2. Последняя не касается стенок коробочки и выполняет ту же роль, что и поршень. При движении пластинки в коробочке одновременно действуют и сгущения (по одну сторону пластинки) и разрежения (по другую сторону), препятствующие колебаниям.

Магнитоиндукционный успокоитель представляет собой перемещающуюся между полюсами постоянного магнита М легкую алюминиевую пластину А, жестко связанную с подвижной системой прибора. При колебаниях пластинки в магнитном поле постоянного магнита в соответствии с законом Ленца в ней индуцируются токи, препятствующие этим колебаниям, поэтому колебания подвижной системы и стрелки быстро прекращаются. Астатические измерительные приборы применяют для устранения влияния внешних магнитных полей на показания электромагнитных и электродинамических приборов. Астатический прибор - это совокупность двух измерительных механизмов, подвижные системы которых объединены в одном приборе и воздействуют на одну и ту же ось со стрелкой. При этом измерительные механизмы расположены так, что под действием внешнего поля вращающий момент одного из них увеличивается, тогда как другого на столько же уменьшается, а общий вращающий момент, действующий на всю подвижную систему прибора, остается неизменным.

Условные обозначения на шкалах электроизмерительных приборов. Для правильного выбора приборов и их эксплуатации на шкалах изображают следующие обозначения:

1) Условное обозначение единицы измерения (или измеряемой величины) либо начальные буквы наименования прибора.

2) Условное обозначение системы прибора.

3) Условные обозначения рода тока и числа фаз, класса точности прибора, испытательного напряжения изоляции, категории прибора по степени защищенности от внешних магнитных полей.

2. Условные обозначения, наносимые на электроизмерительные приборы

Обозначения принципа действия прибора

Обозначения тока

Обозначения положения прибора

Обозначения единиц измерения физических величин

3. Основная классификация электроизмерительных приборов

В зависимости от способа, который используется для сравнения измеряемой величины с единицей измерения, электроизмерительные приборы подразделяются на приборы непосредственной оценки (вольтметр) и приборы сравнения, служащие для сравнения измеряемой величины с известными, которые иногда монтируются в прибор (мост для измерения сопротивления).

По способу получения отсчета измерительные приборы подразделяются на приборы с непосредственным отсчетом, управляемым отсчетом исамопишущие.

Электроизмерительные приборы классифицируются по роду измеряемой величины: амперметр, вольтметр и т.д.

Классификация по роду тока: приборы постоянного, переменного, постоянно-переменного тока.

Приборы с непосредственным отсчетом, кроме того, подразделяются

1. по принципу действия в зависимости от системы: приборы магнитоэлектрической, электромагнитной, электродинамической, электростатической систем; цифровые и т.д.

2. по степени точности: приборы классов (см. ниже) точности 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0

4. Краткое описание приборов и их принципа действия

1. Магнитоэлектрическая система

Принцип работы основан на взаимодействии тока, протекающего по обмотке подвижной катушки, с магнитным полем постоянного магнита.

Основные детали: постоянный магнит и подвижная катушка(рамка), по которой проходит ток, пружины.

При прохождении тока через рамку возникает вращающий момент, под действием которого подвижная часть прибора поворачивается вокруг своей оси на некоторый угол ц.

Вращающий момент приборов магнитоэлектрической системы прямо пропорционален силе тока:

M_вр.= k₁ · I,

где: k₁= B · S · n, B - магнитная индукция поля постоянного магнита, S - площадь катушки, n - число витков катушки.

Противодействующий момент создается спиральными пружинами и пропорционален углу поворота рамки:

M_пр.= k₂ · ц,

где k₂ - коэффициент, характеризующий упругие свойства пружины.

При равновесии подвижной части прибора вращающий момент равен противодействующему. Из этого условия равновесия для приборов магнитоэлектрической системы ц ? I, и поэтому их шкалы равномерны.

Поворачиваясь, катушка отклоняет стрелку прибора. Магнитоэлектрические приборы служат только для измерения постоянного тока и напряжения, так как направление поворота рамки зависит от направления тока в ней. Если по катушке пропустить переменный ток частотой 50 Гц, то направление вращающего момента станет меняться сто раз в секунду, подвижная часть не будет успевать за током и стрелка не отклонится. Приборы данной системы пригодны для использования в цепях постоянного тока.

2. Электромагнитная система

Принцип работы основан на взаимодействии магнитного поля неподвижной катушки с сердечником из ферромагнитного материала, внесенного в это поле.

Основные детали: неподвижная катушка и подвижный сердечник из ферромагнетика.

Вращающий момент, действующий на подвижную часть прибора, пропорционален квадрату силы тока:

M_вр.= С · I ²,

где С - коэффициент, зависящий от числа витков катушки, материала, формы сердечника и его положения относительно подвижной части. При равновесии подвижной части прибора угол поворота оказывается пропорционален квадрату тока. Вследствие этого шкала приборов электромагнитной системы неравномерна. Вследствие квадратичной зависимости направление отклонения стрелки прибора не зависит от направления тока, и, следовательно, могут применяться в цепях как постоянного, так и переменного токов.

3. Электродинамическая система

Принцип работы основан на взаимодействии двух катушек(рамок), по которым течет ток. Одна из них неподвижна, а другая подвижна. Перемещение катушек относительно друг друга обусловливается тем, что проводники, по которым протекают токи одного направления, притягиваются, а с токами противоположных направлений - отталкиваются.

Вращающий момент, действующий на подвижную катушку, пропорционален произведению силы тока в подвижной I_п и неподвижной I_нкатушках:

M_вр.= С · I _п · I_н,

где С - коэффициент, зависящий от числа витков катушек, размеров и формы катушек и их взаимного расположения. Из условия равновесия несложно определить, что угол поворота стрелки пропорционален токам, протекающим через катушки и шкалы амперметра и вольтметра электродинамической системы неравномерны, а для ваттметров равномерны.

4. Электростатическая система

Принцип работы основан на действии электростатического поля, созданного между двумя неподвижными электродами, на подвижный электрод.

Когда к неподвижным электродам приложено напряжение, подвижный электрод стремится расположиться так, чтобы электроемкость была наибольшей, вследствие чего подвижная часть отклоняется от первоначального положения. Вращающий момент, действующий на подвижную часть прибора, пропорционален квадрату напряжения. Вследствие этого шкала приборов электростатической системы неравномерна.

5. Цифровые измерительные приборы

Основой цифрового вольтметра является аналого-цифровой преобразователь (АЦП). В настоящее время имеется множество схемотехнических принципов построения АЦП, однако общим из них является сравнение измеряемой величины с набором эталонов. Основными характеристиками АЦП являются точность преобразования (число разрядов в выходном коде) и быстродействие. Можно условно разделить АЦП на два класса: последовательного счета, когда выходной код определяется равенством измеряемого напряжения с дискретно растущим эталонным напряжением и параллельного, когда сигнал сравнивается с набором эталонных напряжений.

Цифровой амперметр можно реализовать установив на входе цифрового вольтметр калиброванный резистор небольшой величины, через который протекает измеряемый ток. Падение напряжения на входном резисторе, пропорциональное протекающему току, измеряется цифровым вольтметром, табло которого соответствующим образом градуируется.

5. Общие элементы приборов

Шкала

Шкала обычно представляет собой светлую поверхность с черными делениями и цифрами, соответствующими определенным значениям измеряемой величины. Форма шкалы зависит от конструкции прибора, класса точности и ряда других факторов.

На шкале каждого прибора наносятся следующие обозначения:

1. Обозначение единицы измеряемой величины.

2. Условное обозначение системы прибора (или принципа действия прибора).

3. Обозначение класса точности прибора.

4. Условное обозначение положения прибора.

5. Условное обозначение степени защищенности от магнитных и других влияний.

6. Величина испытательного напряжения изоляции измерительной цепи по отношению к корпусу.

7. Год выпуска и заводской номер.

8. Обозначение рода тока.

9. Тип прибора.

10. Значение силы тока, соответсвущее определенным значениям напряжения, и значения напряжения, соответствующие определенным значениям силы тока.

Указатель Может быть выполнен в виде стрелки или светового пятна с темной нитью посередине. По форме стрелки бывают нитевидными, ножевидными и копьевидными.

6. Общие свойства приборов

Погрешность

Абсолютная погрешность - величина равная разности между измеренным А_из и действительным А значениями измеряемой величины:

ДA = A_из - A.

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

А так как разница между А и А_из обычно относительно мала, то можно считать, что

.

Для оценки точности электроизмерительных приборов служит приведенная погрешность, определяемая следующим выражением

,

где А_пред - номинальное значение шкалы прибора, т.е. максимальное значение шкалы на выбранном пределе измерения прибора. Приведенная погрешность определяет класс точности прибора.

Числа, указывающие класс точности прибора г₀, обозначают наибольшую допустимую приведенную погрешность в процентах
(г₀ ? г_{пр. max}). Т.е. при нормальной эксплуатации максимальное значение приведенной погрешности не должно превышать класс точности.

Пример: амперметр имеет предел измерения I_пред. = 5 А. Если максимальная абсолютная погрешность прибора ±0,05 А, то приведенная погрешность равна , а класс точности прибора (или наибольшая допускаемая приведенная погрешность) равен

.

На приборе данный класс точности обозначен цифрой 1. Эта погрешность характеризует только точность самого прибора, но не точность измерения.

Пример расчета погрешности измерений по классу точности прибора

где г₀ - класс точности, Д I - абсолютная погрешность при измерении на данном пределе, I_пред. - предельное значение силы тока, I - измеряемая величина тока, г - относительная погрешность измерения.

Пусть г_пр = 0,2%; I_пред = 8 А; I = 2 А. Тогда

.

Следует иметь в виду, что каждый, даже самый лучший прибор, имеет некоторую погрешность измерения. По степени точности приборы делят на 8 классов: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5; 4, причем самый точный прибор имеет класс 0,05. Погрешность тем меньше, чем ближе измеряемая величина к номинальному значению прибора. Поэтому предпочтительно использовать такие приборы, у которых во время измерения стрелка будет находиться во второй половине шкалы.

Цена деления шкалы

Шкалы приборов имеют деления. Для перевода числа делений в единицы измеряемой величины необходимо отсчет по шкале умножить на цену деления шкалы для данного предела измерения.

Цена деления - это число единиц измеряемой величины, приходящееся на одно деление шкалы.

Чтобы определить цену деления шкалы, нужно предел измерения прибора разделить на общее число делений шкалы.

Пример: предельное значение силы тока I_пред. = 75 А, шкала амперметра имеет 150 делений. В этом случае цена деления шкалы: 
С_I = 0,5 А/дел.

Определение внутреннего сопротивления прибора

При некоторых измерениях необходимо учитывать или подбирать определенное значение внутреннего сопротивления.

Чтобы определить внутреннее сопротивление прибора, пользуются данными, приведенными на шкале прибора: для вольтметра - силой тока, соответствующей пределу вольтметра, для амперметра - падением напряжения, соответствующему пределу амперметра.

Расчет внутреннего сопротивления прибора производится по закону Ома для участка цепи:

Пример: Допустим, на шкале прибора имеется следующая таблица:

Предельное значение амперметра I_пред. = 6 mА, которому соответствует напряжение на шкале прибора U_шкалы = 75 mV.

Тогда внутреннее сопротивление амперметра на пределе измерения 6 mА равно:

Приборы

1. е - источник тока ВС 4 - 12 или «Электроника».

2. R, R₁, R₂ - реостаты РСП (1А; 1000 Ом).

3. A - амперметр М2018; 0,5%.

4. R_o - магазин сопротивлений Р33.

5. K, K₁, K₂ - ключи.

6. V - вольтметр М1106; 0,2%.

Размещено на Allbest.ru