- •Тема 1.1 Вступ. Метрологія - наука про вимірювання Основні поняття про фізичні величини та їх вимірювання
- •1. Метрологія як наука про вимірювання
- •2 . Поняття фізичної величини
- •3. Вимірювання фізичної величини
- •4. Прямі і непрямі вимірювання
- •5. Сигнали вимірювальної інформації
- •6. Основи метрологічного забезпечення
- •7. Повірка. Класифікація повірок
- •8. Основи стандартизації
- •Контрольні запитання:
- •Тема 1.2 Похибки вимірювань. Обробка результатів вимірів
- •1. Основні поняття та особливості
- •2. Класифікація похибок
- •2.1 За причиною виникнення
- •2.2 За способом вираження
- •2.3 За залежністю від вимірюваної величини
- •2.4 За характером зміни
- •2.5 За умовами вимірювання
- •2.6 За режимом вимірювання
- •3. . Підвищення точності засобів вимірювання
- •Контрольні запитання:
- •Тема 1.3 Засоби вимірювання
- •Основні положення.
- •1. Основні положення
- •2. Засоби вимірювання, за допомогою яких здійснюють операції вимірювання
- •3. Засоби вимірювання, за допомогою яких здійснюють процедуру вимірювання
- •4. Основні метрологічні характеристики і класи точності засобів вимірювання
- •Контрольні запитання:
- •Тема 2.1 Вимірювання струмів і напруг
- •1. Загальні поняття
- •2. Вимірювання струмів і напруг приладами прямої дії
- •3. Схеми увімкнення амперметрів і вольтметрів. Методична похибка при вимірюванні струму і напруги
- •4. Електронні аналогові та цифрові вольтметри та амперметри
- •5. Вимірювання струмів і напруг компенсаторами (потенціометрами) постійного та змінного струмів
- •6. Міри електричних величин
- •7. Електромеханічні вимірювальні перетворювачі
- •8. Вимірювальні трансформатори струму і напруги
- •Контрольні запитання:
- •Тема 2.2 Масштабні вимірювальні перетворювачі струму і напруги
- •1. Застосування вимірювальних перетворювачів роду фізичної величини
- •2. Шунти
- •3. Додаткові опори
- •4. Подільники напруги
- •Контрольні запитання:
- •Тема2.3 Вимірювання електричної потужності і енергії
- •1. Основні поняття
- •2. Вимірювання електричної потужності прямими методами
- •3 Опосередковане вимірювання потужності
- •4. Вимірювання потужності у трифазних електричних колах Вимірювання активної потужності у трифазних електричних колах
- •Вимірювання реактивної потужності у трифазних електричних колах
- •Контрольні запитання:
- •Тема 2.4 Вимірювання частоти, інтервалів часу, фази
- •1. Електромеханічні частотоміри
- •2. Цифрові методи вимірювання частоти, періоду, інтервалів часу
- •3. Вимірювання різниці фаз
- •Контрольні запитання:
- •Тема 2.5 Цифрові вимірювальні прилади
- •1. Основні поняття
- •2. Інформаційні процедури цифрових вимірювальних приладів
- •3. Аналого-цифрові та цифро-аналогові перетворювачі
- •Контрольні запитання:
- •Тема 3.1 Вимірювальні генератори
- •1. Визначення і класифікація
- •2. Основні характеристики
- •3. Генератори синусоїдального струму
- •4. Генератори імпульсних сигналів
- •5. Універсальні генератори
- •Контрольні запитання:
- •Тема 3.2 Електронні осцилографи
- •1. Призначення осцилографа
- •2. Будова осцилографа
- •3. Параметри осцилографа
- •Контрольні запитання:
- •Тема 3.3 Вимірювальні підсилювачі
- •1. Вимірювальні підсилювачі
- •2. Принцип роботи
- •4. Операційний підсилювач
- •Контрольні запитання:
- •Тема 3.4 Вимірювання параметрів електротехнічних і радіотехнічних пристроїв
- •1. Характеристика основних параметрів електротехнічних пристроїв
- •2. Міри електричного опору, ємності, індуктивності, взаємної індуктивності
- •3. Вимірювання електричного опору
- •3.1 Вимірювання опорів за допомогою магнітоелектричного вимірювального механізму
- •3.2 Вимірювання опорів за допомогою одинарних мостів постійного струму
- •3.3 Вимірювання опорів методом заміщення
- •3.4 Опосередковані вимірювання опору
- •4. Вимірювання електричного опору, ємності, індуктивності мостами змінного струму
- •Контрольні запитання:
3.4 Опосередковані вимірювання опору
Крім прямих вимірювань опорів електромеханічними, електронними, цифровими омметрами та мостами, застосовують опосередковані вимірювання, наприклад за допомогою амперметра і вольтметра.
На рисунку 8 наведено дві схеми опосередкованого вимірювання опору — за допомогою амперметра і вольтметра. Значення опору Rx визначають за результатами вимірювання струму І та напруги U відповідно до закону Ома:
(13)
Рис 8
Власне споживання енергії амперметром і вольтметром впливає на режим роботи електричного кола і призводить до методичної похибки взаємодії, відносне значення якої визначається:
для схеми (а) за формулою:
(16)
для схеми (б):
(17)
4. Вимірювання електричного опору, ємності, індуктивності мостами змінного струму
У колах змінного струму необхідно вимірювати, крім електричного опору, такі фізичні величини, як індуктивність, ємність, реактивний, активний та повний опори, добротність, кути втрат тощо. Для вимірювання таких параметрів широко застосовують мости змінного струму (рис. 9). Структура моста змінного струму аналогічна структурі моста постійного струму. На відміну від моста постійного струму у мості змінного струму слід враховувати під час врівноваження мосту не тільки амплітудні, а й фазові співвідношення, що значно ускладнює процес урівноважування. Сучасні мости змінного струму — це складні вимірювальні комплекси, до складу яких входить мікропроцесор. Це дає змогу автоматизувати процес врівноважування, вибирати автоматично оптимальну схему заміщення і діапазон вимірювання та виконувати інші сервісні функції.
Рис.9
Схеми заміщення. Схеми заміщення реальних котушок індуктивності, обмоток, соленоїдів. Індуктивність — це фізична величина, яка характеризує властивість електротехнічних пристроїв (котушок, обмоток, дроселів, соленоїдів тощо) нагромаджувати енергію в магнітному полі під час проходження по них електричного струму.
У реальних котушках, обмотках, соленоїдах, крім нагромадження енергії в магнітному полі, відбувається втрата електричної енергії на нагрівання, тому вони характеризуються двома параметрами: індуктивністю і активним опором.
На рисунку 10 наведено послідовну, а на рисунку 11 – паралельну схему заміщення реальної котушки або обмотки.
Рис.10 Рис.11
Добротність котушки Q — це параметр, який характеризує ступінь наближення реальної котушки до ідеальної і обчислюється за формулою
Схеми заміщення реальних конденсаторів. Ємність — це фізична величина, яка характеризує здатність фізичних тіл нагромаджувати електричний заряд. Реальний конденсатор, крім ємності, характеризується втратами енергії і тому має схему заміщення з двох ідеальних елементів : ідеальних ємнісного та резистивного, які можуть з’єднуватися або послідовно (рис.12) - послідовна схема заміщення, або паралельно (рис. 13) – паралельна схема заміщення.
Рис. 12 Рис. 13
Параметри схеми заміщення (Сх та Gx для паралельної і Сх та Rx для послідовної) вимірюють у більшості випадків за допомогою мостів змінного струму. Для конденсаторів з великими втратами доцільно застосовувати першу схему (рис.12), а для конденсаторів з малими втратами – другу (рис.13).
Мости змінного струму. Застосування мостів для вимірювання параметрів конденсаторів. Міст (рис. 14) врівноважують, змінюючи ступенями ємність cn послідовно за декадами, починаючи зі старшої і закінчуючи молодшою. Після зрівноваження моста вихідні напруги вимірювальних перетворювачів Ux і UN стануть однаковими:
UX=UN
Виразивши напруги UX і UN. через параметри моста і підставивши їх у попереднє рівняння, і виконавши нескладні перетворення отримаємо:
Точність вимірювання Сх і Rx залежить від співвідношення опорів R1 і R2 і від точності, з якою відомі опір Rn та ємність Cn, і не залежить від напруги живлення. Аналогічні залежності можна отримати і для іншої схеми (рис. 15).
Рис.14 Рис. 15
Вимірювання індуктивності і добротності. За допомогою моста (рис. 16) параметри реальної котушки і вимірюють методом порівняння зі зразковою котушкою з відомими параметрами і .
Рис.16 Рис.17
Врівноважують такий міст зміною опору резистора R, який можна ввімкнути послідовно зі зразковою або досліджуваною котушкою. У зрівноваженому мості параметри і досліджуваної котушки визначаються за параметрами зразкової котушки і згідно з залежностями:
Крім зразкової котушки, часто використовують також зразковий конденсатор, ємність якого зручніше змінювати ніж індуктивність котушок (рис. 17). Врівноважують міст зміною опору і ємності Cn . Параметри досліджуваної котушки визначаються за формулами:
Останнім часом дедалі частіше застосовують універсальні мости, за допомогою яких можна вимірювати такі параметри, як опір, ємність, індуктивність, втрати в конденсаторах, добротності котушок тощо. Такі мости, як правило, автоматичні, тобто врівноважування такого моста здійснюється не вручну, а автоматично — під керуванням мікропроцесора.