- •Та вимірювальна техніка
- •1.1. Фізична величина - основне поняття метрології
- •1.1.1 Систематизація фізичних величин
- •1.1.2 Основне рівняння вимірювання
- •1.2 Класифікація вимірювань
- •1.3 Засоби вимірювальної техніки
- •1.3.1 Вимірювальні пристрої
- •1.3.2. Засоби вимірювання
- •1.4. Методи вимірювань
- •1.5 Похибки вимірювань
- •1.5.1 Систематичні похибки і методи їх вилучення
- •1.5.2 Випадкові похибки
- •1.5.3 Оцінка випадкових похибок прямих вимірювань
- •1.5.4 Оцінка випадкових похибок опосередкованих вимірювань
- •1.6 Властивості засобів вимірювань
- •1.6.1 Статичні метрологічні характеристики
- •1.6.2 Похибки засобів вимірювань
- •1.7 Повірка засобів вимірювальної техніки
- •1.8 Державна система забезпечення єдності вимірювань
- •Контрольні питання
- •2.2. Магнітоелектричні прилади
- •2.2.1. Магнітоелектричний вимірювальний перетворювач
- •2.2.2. Магнітоелектричні амперметри
- •2.2.3. Магнітоелектричні вольтметри
- •2.2.4. Магнітоелектричні гальванометри
- •2.2.5. Магнітоелектричні омметри
- •2.2.6. Випрямні прилади
- •2.2.7. Термоелектричні прилади
- •2.3. Електромагнітні прилади
- •2.3.1. Електромагнітний вимірювальний перетворювач
- •2.3.2. Електромагнітні амперметри та вольтметри
- •2.4. Електродинамічні прилади
- •2.4.1. Електродинамічний вимірювальний перетворювач
- •2.4.2. Амперметри, вольтметри і ватметри електродинамічної системи
- •2.4.3. Феродинамічний вимірювальний перетворювач
- •2.4.4. Електромеханічні частотоміри і фазометри
- •2.5. Електростатичні прилади
- •2.6. Вимірювальні трансформатори змінного струму та напруги
- •2.6.1. Вимірювальні трансформатори струму (втс)
- •2.6.2. Вимірювальні трансформатори напруги (втн)
- •2.7. Вимірювання потужності та енергії
- •2.7.1. Вимірювання активної потужності в трифазних колах Вимірювання в симетричному колі
- •Вимірювання активної потужності в несиметричних трифазних колах трьома ватметрами
- •Вимірювання активної потужності в трифазному трипровідному колі двома ватметрами
- •Р исунок 2.34
- •2.7.2. Трифазні ватметри
- •2.7.3. Вимірювання реактивної потужності
- •Вимірювання реактивної потужності трьома ватметрами
- •Вимірювання реактивної потужності двома ватметрами
- •2.7.4. Похибки вимірювання потужності, які вносяться вимірювальними трансформаторами
- •2.7.5. Вимірювання електричної енергії індукційними лічильниками
- •Контрольні питання
- •3.1 Електронні вольтметри
- •3.1.1 Амплітудний (піковий) вольтметр
- •3.1.2 Вольтметр середніх квадратичних значень
- •3.2 Електронні частотоміри
- •3.2.1 Суть методу заряду і розряду конденсатора
- •3.2.2 Електронний конденсаторний частотомір
- •3.3 Електронні фазометри
- •3.3.1 Електронний фазометр часового перетворення
- •3.4 Мостові засоби вимірювань
- •3.4.1 Міст Уітстона. Загальна теорія мостових схем
- •3.4.2 Вимірювальні мости постійного струму
- •Одинарний (чотириплечий) міст постійного струму
- •Подвійний (шестиплечий) міст постійного струму
- •3.4.3 Вимірювальні мости змінного струму Мости для вимірювання ємності
- •Мости для вимірювання параметрів котушок індуктивності
- •3.4.4 Автоматичний міст постійного струму
- •3.5 Компенсаційні засоби вимірювань
- •3.5.1 Компенсатори постійного струму Дві схеми компенсації напруги
- •Компенсатор постійного струму
- •3.5.2 Компенсатори змінного струму
- •3.6. Вимірювання електричної енергії електронними лічильниками
- •3.7 Електронний осцилограф
- •3.8 Світлопроменевий осцилограф
- •Контрольні питання
- •4.2 Класифікація цифрових вимірювальних приладів
- •4.3 Цифровий частотомір середніх значень
- •4.4 Цифровий періодомір (частотомір миттєвих значень)
- •4.5 Цифровий фазометр миттєвих значень
- •4.6 Цифровий вольтметр час-імпульсного перетворення
- •4.7 Цифровий вольтметр послідовного наближення
- •4.8 Цифровий вольтметр слідкувального зрівноважування
- •Контрольні питання
- •5.1. Вимірювальні перетворювачі магнітних величин
- •Перетворювач для вимірювання слабких магнітних полів на основі ядерного магнітного резонансу має ампулу з робочою речовиною, яка розташована всередині котушки індуктивності.
- •5.2. Вимірювання характеристик постійних магнітних полів
- •5.3. Вимірювання різниці магнітних потенціалів
- •5.4. Вимірювання характеристик постійних магнітних полів веберметром
- •5.5. Випробування феромагнітних матеріалів
- •5.5.1. Визначення статичних магнітних характеристик
- •5.5.2. Визначення динамічних магнітних характеристик
- •5.5.3. Визначення динамічних характеристик за допомогою вольтметра з керованим випрямлячем
- •5.6 Сенсори струму і напруги на основі ефекта Холла
- •5.6.1 Сенсори струму компенсаційного типу
- •5.6.2 Методика розрахунку параметрів сенсора струму
- •Співвідношення витків складає 1:1000, що і визначає вихідний струм .
- •5.6.3 Сенсори напруги компенсаційного типу
- •5.6.4 Сенсори напруги з зовнішнім резистором
- •Контрольні питання
- •6.1 Особливості вимірювання неелектричних величин
- •6.2 Узагальнена структурна схема
- •6.3 Параметричні вимірювальні перетворювачі
- •6.3.1 Резистивні перетворювачі
- •6.3.2. Ємнісні перетворювачі
- •6.3.3. Індуктивні перетворювачі
- •6.4. Генераторні вимірювальні перетворювачі
- •6.4.1 Індукційні перетворювачі
- •6. 4. 2 П’єзоелектричні перетворювачі
- •6.4.2 Електретні перетворювачі
- •6. 4. 4. Термоелектричні перетворювачі
- •6.4.3. Фотоелектричні перетворювачі
- •Контрольні питання
- •7.1. Функції, що виконуються мікропроцесорами у вимірювальних системах
- •7.2 Архітектура мікропроцесорної системи
- •7.3 Покращення метрологічних характеристик
- •7.4 Процесорні похибки вимірювань
- •7.5 Загальна характеристика мікроконтролерів фірми atmel
- •7.6 Мікропроцесорний частотомір
- •7.8 Мікропроцесорний вимірювач струму та напруги
- •А) мікропроцесорний вольтметр
- •Б) мікропроцесорний амперметр
- •7.9 Вимірювальний канал потужності
- •7.10 Мікропроцесорний вимірювач кутової швидкості
- •7.11 Мікропроцесорний вимірювач ковзання
- •7.12 Мікропроцесорний вимірювач моменту інерції
- •7.13 Мікропроцесорний вимірювач пускового моменту
- •Контрольні питання
- •Література
- •Навчальне видання
- •Метрологія та вимірювальна техніка Навчальний посібник Оригінал-макет підготовлено в.В.Кухарчуком
- •21021, М.Вінниця, Хмельницьке шосе, 95, внту
- •21021, М.Вінниця, Хмельницьке шосе, 95, внту
2.5. Електростатичні прилади
Принцип дії електростатичних приладів оснований на взаємодії електрично заряджених провідників.
Існує декілька різновидів електростатичних вимірювальних механізмів. Найпоширенішою серед них є конструкція, показана на рис.2.25. Нерухома частина 1 механізму має одну або декілька камер (електродів), з’єднаних електрично між собою. До них приєднується один з проводів від вимірюваної напруги.
В повітряний проміжок камери входить рухома пластина 2, встановлена на осі, розтяжках чи на підвісі. До рухомої частини механізму через спіральну пружину підключається другий провід від вимірюваної напруги. Від дії цієї напруги створюється електричне поле та виникають сили взаємодії між нерухомими й рухомими електродами. Ці сили намагаються повернути рухому частину так, щоб енергія поля була максимальною, тобто щоб рухома пластина втягувалась в камеру нерухомої. При цьому повороті виникає протидійний момент.
Е нергія електричного поля системи електродів We = Cu2/2, де С – ємність системи.
Обертальний момент:
Моб = (2.58)
Для постійної напруги U
Моб = (2.59)
В статичному режимі роботи вимірювального перетворювача рівняння перетворення можна одержати, прирівнявши обертальний та протидійний моменти
Рисунок 2.25
Моб = Мпр
або
звідки
(2.60)
Отже, кут повороту рухомої частини при dC/d=const пропорційний квадрату прикладеної постійної напруги. Вибираючи відповідну форму електродів, роблять dC/d не постійною величиною, а такою, що змінюється в залежності від так, щоб шкала приладу наближалася до рівномірної.
Якщо напруга u змінна, то рухома частина буде повертатись внаслідок інерційності від дії середнього значення обертального моменту:
Моб = Моб.ср = (2.61)
де U – діюче значення змінної періодичної напруги.
Рівняння перетворення виходить таким самим, як і для постійної напруги.
Електроди механізму виготовляють з легкого металу – алюмінію. Заспокоєння часто застосовують індукційне.
З принципу дії механізму витікає, що він може застосовуватись тільки для вимірювання напруг – як постійних, так і змінних.
Чутливість електростатичних вольтметрів невисока, тому не вдається одержати вольтметри з межею вимірювання нижчою 10 В. Зате верхня межа вимірювань може бути високою. Розглянутий механізм називають механізмом із змінною активною площею електродів. Такий механізм застосовують при безпосередньому вмиканні для вимірювання напруг до сотень вольт. Існує інший тип механізму – із зміною відстані між електродами (пластинами), який допускає вимірювання високих напруг – до 75 кВ.
Електричне поле механізму невелике, тому на його роботі відбиваються зовнішні електричні поля. Для захисту механізму від їх впливу застосовують електричні екрани. На покази електростатичних вольтметрів мало впливають температура, частота, форма кривої напруги та зовнішні магнітні поля. Ці вольтметри можуть застосовуватись для вимірювань напруг високих частот (до 10 МГц). Споживання потужності від джерела доволі мале. Розширення меж електростатичних вольтметрів здійснюється на змінному струмі за допомогою додаткових конденсаторів Cд (рис.2.26, а) або ємнісних подільників C1 та C2 (рис.2.26, б), на постійному струмі – за допомогою резистивних подільників R1 та R2 (рис.2.26, в).
Класи точності електростатичних вольтметрів 0,5; 1,0; 1,5.
В зв’язку з розвитком аналогової і цифрової мікросхемотехніки, все більш широким застосуванням мікроконтролерів у вимірювальній техніці з’явилась можливість створювати прості, дешеві і малогабаритні електронні амперметри, вольтметри, частотоміри, фазометри, які постійно витісняють із застосування електромеханічні прилади.
Рисунок 2.26