Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

лекции по МСС / Измерения

.doc
Скачиваний:
202
Добавлен:
27.01.2014
Размер:
1.67 Mб
Скачать

 1- Измерением называется нахождение значений физи­ческих величин опытным путем с помощью специальных технических средств.       Измерения должны выполняться в общепринятых единицах Международной Системы Единиц, введенных в СССР в 1963 г.       Средствами электрических измерений называют тех­нические средства, используемые при электрических из­мерениях и имеющие нормированные погрешности.       Виды средств измере­ний:                     1) меры;                     2) электроизмерительные приборы;                     3) из­мерительные преобразователи;                     4)электроизмеритель­ные установки;                     5) измерительные информационные сис­темы.

2-Электроизмерительными приборами называют средства электрических измерений, предназначенные для выработки сигналов измерительной информации.       Измерительными преобразователями называют средства электрических измерений, предназначенные для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем.       Электроизмерительная установка состоит из ряда средств измерений (мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей) и вспомогательных устройств, расположенных в одном месте.       Измерительные информационные системы представляют собой совокупность средств измерений и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи.       Приборы прямого и косвенного измерения классифицируются в зависимости от метода получения результата измерения.

3- Измерительные информационные системы представляют собой совокупность средств измерений и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи.       Приборы прямого и косвенного измерения классифицируются в зависимости от метода получения результата измерения.       Приборы прямого измерения дают результат который получается непосредственно из опытных данных. Примеры прямых измерений: измерение тока амперметром, температуры термометром, массы на весах.       Приборы косвенного измерения дают результат измерения, при котором искомая величина непосредственно не определяется, а ее значение находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, полученными в результате прямых измерений. Например, мощность.       В зависимости от совокупности приемов использования принципов и средств измерений все методы делятся на методы непосредственной оценки и методы сравнения.

4-       Погрешности электроизмерительных приборов.        По способу выражения погрешностей измерительных приборов различают абсолютную, относительную и приведенную погрешности.        Абсолютная погрешность прибора Δ есть разность между показанием прибора Хи и действительным значением Хд измеряемой величины.

Δ=|Хид|;

       Относительная погрешность прибора σ представляет собой отношение абсолютной погрешности Δ к действительному значению Хд измеренной величины. Относительная погрешность, обычно выражаемая в процентах:

σ=100%|Хид|/Хд=100%Δ/Хд ;

       В связи с тем что истинное значение измеряемой величины А остается неизвестным, то при оценке погрешностей прибора используют понятие «действительное значение» Хд - мера измеряемой величины. Или при поверке приборов используется показание образцового прибора.       Приведенная погрешность γ, есть отношения выраженное в процентах абсолютной погрешности Δ к выбранному нормирующему значению ХN. Предел измерения прибора можно принять ХПN.                                γ =100%Δ / ХN;       Класс точности измерительных приборов, это наибольшая погрешность справедливая для любой точки шкалы измерительного прибора, которая равна приведенной погрешности γ к пределу измерения ХП прибора. Если прибор на отсчетном устройстве имеет несколько шкал, то для каждой шкалы будет дана своя погрешность в технической документации к прибору.                                γ =100%Δ / ХП;

5- Характеристики электроизмерительных приборов.        Класс точности. Согласно стандартам установлены классы точности: 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0; 5,0.       Чувствительность прибора. Размерность чувствительности зависит от измеряемой величины - тока, напряжения и т. п.       Цена деления С - число единиц измеряемой величины, соответствующее одному делению на шкале. Цена деления по величине обратная чувствительности: С=1/S. С = Ап/n, где n-колличество делений на шкале, Ап -значение предела измерения выбранной шкалы.        Мощность потерь прибора - собственное потребление прибором энергии.       Время отсчета - время в течении которого измерительный механизм приходит в равновесие при проведении измерения.       Надежность прибора - способность прибора сохранять длительное заданное время в течении которого прибор работает исправно и не меняет своих характеристик.       Диапазон измерения - область значения измеряемой величины от наименьшего до наибольшего значения.       Предел измерения - Наибольшее значение измеряемой величины, указанной на конце шкалы справа или слева от нулевой отметки.   Входное сопротивление - сопротивление входной цепи прибора со стороны зажимов прибора.

6-приборы магнитоэлектрической системыВ зависимости от этого конструкции приборов отличаются друг от друга , и по этому признаку приборы классифицируются: магнитоэлектрической системы ), электродинамической системы и ферродинамической системы ), электростатической системы , электромагнитной системы и тепловой системы.

Принцип действия приборов магнитоэлектрической системы основан на взаимодействии подвижной катушки с током с полем постоянного магнита.

На рис. 1 схематически показано устройство такого прибора. В нем магнитное поле создается постоянным магнитом подковообразной формы. Полюсные наконечники N и S обращены друг к другу вогнутыми цилиндрическими поверхностями одинаковых радиусов.

Между полюсами укреплен железный цилиндр меньшего радиуса. В зазоре, где магнитное поле радиально, расположена легкая рамка ab, состоящая из нескольких витков провода, по которому протекает измеряемый ток. Тонкая пружина C удерживает рамку в определенном положении. При рамка поворачивается до тех пор, пока момент сил закрученной пружины не уравновесит момент сил, действующих на рамку в магнитном поле. Стрелка, соединенная с рамкой, указывает угол ее поворота, который в широких пределах оказывается пропорционален силе тока, поэтому шкала прибора равномерная. По указанному принципу изготовляется большинство лабораторных и технических приборов постоянного тока. Их можно использовать в качестве амперметров, включая параллельно рамке шунт, или в качестве вольтметров, включая последовательно с рамкой большое добавочное сопротивление.

7-приборы электромагнитной системы- Принцип действия приборов электромагнитной системы основан на взаимодействии ферромагнитного сердечника с магнитным полем катушки с током. На рис. 2 схематически показан амперметр такой системы, где А- катушка, по которой течет измеряемый ток, a - железный стержень, подвешенный на пружине b. Катушка с током I создает неоднородное магнитное поле B, при этом на стержень a действует сила

где M - намагниченность стержня, z - ось катушки стержня. Эта сила втягивает стержень в катушку и уравновешивается силой упругости пружины b. Со стержнем связана стрелка, которая поворачивается при его движении. Каждому значению I соответствует определенный угол  поворота стрелки. Так как , а между F и I нет линейной зависимости, то и шкала оказывается неравномерной.

Рис. 2

Приборы электромагнитной системы могут использоваться как в цепях постоянного тока, так и в цепях переменного тока промышленной частоты 50 кГц. Однако точность их невысока. В приборах электродинамической системы используется взаимодействие двух катушек с токами, одна из которых неподвижна (как и в предыдущем случае), а вторая - подвижна (заменяет ферромагнитный сердечник). При этом если измеряемый ток I проходит последовательно через обе катушки, то угол отклонения стрелки , т.к. и магнитный момент подвижной катушки и магнитное поле, создаваемое неподвижной катушкой, прямо пропорциональны I.

8-приборы электродинамической системы- Электродинамические приборы пригодны для измерения в цепях постоянного и переменного токов. Их работа основана на взаимодействии магнитных полей, которые создаются двумя катушками с током. Если прибор действует как амперметр, то катушки соединяются параллельно; в вольтметрах этой системы катушки включены последовательно. Электродинамические приборы применяются также для измерения мощности. Приборы этой системы обладают высокой точностью, однако имеют неравномерную шкалу, подвержены влиянию внешних электромагнитных полей, чувствительны к перегрузкам.. Принцип работы этих приборов

заключается во взаимодействии двух контуров с токами (рис. 4).

Контуры изготовляются в виде катушек круглой или прямо-

угольной формы. Внутри неподвижной катушки 1 расположена

бескаркасная 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. Катушка

включаются 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 классов

точности 0,1; 0,2; 0,5 для измерений тока, напряжения и мощности в цепях постоянного и пере-

менного токов при частоте 40-100 Гц, и для измерения фаз. Основные недостатки - малая чув-

ствительность, неустойчивость к перегрузкам, сильное влияние внешних магнитных полей, не-

равномерная шкала, сложность конструкции.

При измерении мощности неподвижная катушка включается как амперметр, а подвижная – как вольтметр. В этом случае вращающий момент пропорционален мощности в исследуемой цепи.

10-приборы выпрямительной системы-

12- расширение предела измерения вольтметра с помощью добавочного сопротивления Измерение напряжения производится вольтметрами, милливольтметрами или микровольтметрами. Вольтметр подключается параллельно тому участку цепи, где необходимо определить напряжение. Для того чтобы вольтметр не повлиял на распределение токов в цепи, его сопротивление должно быть значительно больше, чем измеряемое сопротивление участка схемы.  Для расширения пределов измерения вольтметра к нему последовательно подключается известное добавочное сопротивление (рис. 2.5). Добавочное сопротивление необходимо для того, чтобы через прибор проходил ток, не превышающий допустимой величины. Величина добавочного сопротивления может быть найдена следующим образом:     

     тогда     

где RД, RV – соответственно добавочное сопротивление и сопротивление вольтметра; n – число, показывающее, во сколько раз измеряемое напряжение больше того напряжения, на которое рассчитан прибор.      Добавочное сопротивление обычно монтируется в корпусе прибора, и вольтметр градуируется с учетом этого сопротивления. Если внутрь вольтметра вмонтировать несколько соединенных последовательно добавочных сопротивлений, то таким прибором можно измерять напряжение в широких пределах. Переключая вольтметр на разные пределы измерения, необходимо каждый раз находить цену деления шкалы прибора.     

13-РАСШИРЕНИЕ ПРЕДЕЛА ИЗМЕРЕНИЯ ВОЛЬТМЕТРА С ПОМОЩЬЮ ДЕЛИТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ Для регулирования напряжения, подаваемого на участок электрической цепи, применяются потенциометры или делители напряжения. Простейшим делителем напряжения служит реостат со скользящим контактом, включенный по схеме, приведенной на рис. 2.7. Изменяя положение скользящего контакта, можно на участок цепи подавать напряжение в пределах 0 - Umax, где Umax = e  -  значение ЭДС источника тока.

15-РАСШИРЕНИЕ ПРЕДЕЛА ИЗМЕРЕНИЯ АМПЕРМЕТРА С ПОМОЩЬЮ ШУНТА      Измерение силы тока производится амперметрами, миллиамперметрами или микроамперметрами в зависимости от порядка измеряемой величины. Чтобы измерить силу тока в цепи, надо пропустить через измерительный прибор весь ток, поэтому амперметр подключается в цепь последовательно. Сопротивление амперметра должно быть очень малым, так как в противном случае включение его повлекло бы за собой уменьшение силы тока в цепи.      Каждый измерительный прибор рассчитан на определенную максимальную для него силу тока или на предельное для него напряжение. Однако существуют способы расширения пределов измерения данным прибором.      Для измерения токов большей силы, чем та, на которую рассчитан амперметр, применяют шунты. Шунт – это сопротивление, которое включается параллельно амперметру (рис. 2.4). Для того чтобы через амперметр прошла меньшая часть измеряемого тока, сопротивление шунта должно быть меньше сопротивления амперметра. Расчет сопротивления шунта производится в зависимости от того, какую часть тока необходимо пропустить через прибор. Если нужно, чтобы через амперметр прошел ток IA в n раз меньше измеряемого тока I, то сопротивление шунта можно определить следующим образом:     

ТОГДА

    

    

     где RШ, RA – сопротивления соответственно шунта и амперметра.      Шунты монтируются либо внутри корпуса амперметра, либо подключаются снаружи. Для расширения диапазона измерения силы тока амперметр часто снабжают несколькими шунтами. Такой многопредельный амперметр может быть использован для измерения

различных по величине токов.

17-устройства трехфазных счетчиков электрич энергии-

  • Назначение-измерение активной и реактивной электрической энергии и мощности (измерения в прямом и обратном направлениях), тока и напряжения по каждой фазе в цепях переменного тока

  • Принцип действия-основан на преобразовании входных сигналов тока и напряжения, с помощью перемножителя мощности на датчиках Холла, в напряжение, пропорциональное мощности, и далее в цифровой код с последующей математической обработкой.

19-измерение сопрот ивления омметром

20- СХЕМА ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО МОСТА

Четыре плеча, три из которых содержат переменное сопротивление, а в четвёртое подключается измеряемое сопротивление (Rx) в клеммы 1 и 2. Две диагонали, первая содержит источник тока, вторая – указатель нуля (гальванометр или два светодиода).

1.Клеммы для измеряемого сопротивления

2.Указатель нуля.

3.Переключатели переменного сопротивления П1-П4 и множитель сопротивления П5.

21-мегаомметр- Назначение: Мегомметр предлагает наиболее полный перечень выполняемых функций, реализованных в одном приборе, по сравнению  с другими моделями:

- измерение сопротивления в диапазоне от 100 кОм до 100 ГОм, в диапазоне измерительных напряжений от 100 до 1500 В; -измерение качества изоляции (коэфициента абсорбции и индекса поляризации); -в качестве источника питания может использоваться встроенная аккумуляторная батарея, сетевой адаптер или бортовая сеть автомобиля. Измерении сопротивления, находящегося под "посторонним" напряжением не приводит к выходу прибора из строя. В этом случае измерение сопротивление не производится, а выдается сообщение о наличии "постороннего" напряжения  и его величине Мегаомметр реализован на современной элементной базе с применением микроконтроллера. Функционирование мегаомметра обеспечивается программным обеспечинием, загружаемым во Flash-память микроконтроллера. Мегаомметр имеет встроенный канал связи с персональным компьютером, с помощью которого выполняется загрузка программного обеспечиния, работа мегаомметра в циклическом режиме, диагностика и настройка мегаомметра при ремонте. В качестве основного источника питания мегаомметра используется аккумуляторная батарея с зарядным устройством, встроенная в базовый корпус.

22-измерение мощности в цепях постоянного тока

23-измерение активной мощности в цепях однофазного переменного тока-

24- измерение активной мощности в цепях трехфазного переменного тока

25-измерение реактивной мощности-

26-измерение частотычастотометром-

28 Осциллограф

Устройство и принцип действия электронного осциллографа. Электронный осциллограф предназначен для исследования формы электрических сигналов путем визуального наблюдения и измерения их параметров на экране электронно-лучевой трубки (ЭЛТ).

Классификация

По способу обработки входного сигнала

Аналоговый и Цифровой

В зависимости от назначения и характеристик

универсальные, скоростные, стробоскопические, запоминающие, цифровые и специальные

Универсальные осциллографы делят по числу каналов на одноканальные, двухканальные и многоканальные, а по числу лучей электронно-лучевой трубки, на однолучевые, двухлучевые и многолучевые

Устройство электронного осциллографа В состав осциллографа входят: электронно-лучевая трубка ЭЛТ, канал вертикального отклонения луча (канал У) и его калибратор, канал горизонтального отклонения луча (канал X) и его калибратор, канал управления яркостью (канал Z ).

29-ЭЛТ –устройство и принцип действия Монитор состоит из электронно-лучевой трубки, блока питания и электронного блока управления лучом. Принцип действия монитора на базе электронно-лучевой трубки заключается в том, что испускаемый электродом (электронной пушкой) пучок электронов, попадая на экран, покрытый специальным составом - люминофором, - вызывает его свечение. Направление пучка электронов задают также дополнительные электроды: отклоняющая система, позволяющая изменять направление пучка, и модулятор, регулирующий яркость получаемого изображения. Электронный луч периодически сканирует экран, образуя на нем строки развертки. По мере движения луча по строкам видеосигнал, подаваемый на модулятор, изменяет яркость определенных пикселей, образуя некоторое видимое изображение.

33- Электронным вольтметром называется прибор, показания которого вызываются током электронных приборов, т. е. энергией источника питания вольтметра. Измеряемое напряжение управляет током электронных приборов, благодаря чему входное сопротивление электронных вольтметров достигает весьма больших значений и они допускают значительные перегрузки.

Электронные вольтметры делятся на аналоговые и дискретные. В аналоговых вольтметрах измеряемое напряжение преобразуется в пропорциональное значение постоянного тока, измеряемое магнитоэлектрическим микроамперметром, шкала которого градуируется в единицах напряжения (вольты, милливольты, микровольты). В дискретных вольтметрах измеряемое напряжение подвергается ряду преобразований, в результате которых аналоговая измеряемая величина преобразуется в дискретный сигнал, значение которого отображается на индикаторном устройстве в виде светящихся цифр. Аналоговые и дискретные вольтметры часто называют стрелочными и цифровыми соответственно.

По роду тока электронные вольтметры делятся на вольтметры постоянного напряжения, переменного напряжения, Универсальные и импульсные. Кроме того, имеются вольтметры с частотно-избирательными свойствами — селективные.

Рис.1. Структурная схема ана­логового электронного вольтметра с амплитудным преобразователем

АЦП

Р

ЦИ

ис.6. Структурная схема вольтметра высокой чувствительности

Рис.8 Обобщенная структурная схема цифрового вольтметра.

Цифровой вольтметр с двойным интегрированием. Прин­цип его работы подобен принципу времямпульсного пре­образования, с тем отличием, что здесь образуются два вре­менных интервала в течение цикла измерения, длительность которого устанавливается кратной периоду помехи. Таким образом определяется среднее значение измеряемого напря­жения, а помеха подавляется. Эти вольтметры являются более точными и помехоустойчивыми по сравнению с рас­смотренными выше, однако время измерения у них больше.

Вольтметр следящего уравновешивания работает не цик­лами, а непрерывно реагируя на изменение измеряемого напряжения: сумма образцовых напряжений принимает большее или меньшее значение в зависимости от значения измеряемого напряжения. Когда достигается равенство Ux=Uобр. код преобразуется в показание, а состояние прибора остается неизменным до тех пор, пока не изменится значение Ux.Преимущество вольтмет­ров следящего уравновешивания заключается в уменьше­нии статической и динамической погрешности и в повыше­нии быстродействие.

34-ЦИП

35-измерение фазового сдвига

37-измерение индуктивности электромеханическим прибором

39-измерение емкости

40-измерение неэлектрических параметров-