Elektromos mérések. Elektromos mérések és műszerek

A cikk tartalma

ELEKTROMOS MÉRÉSEK, elektromos mennyiségek mérése, például feszültség, ellenállás, áram, teljesítmény. A mérések különféle eszközökkel történnek - mérőműszerek, áramkörök és speciális eszközök. A mérőeszköz típusa a mért érték típusától és méretétől (értéktartományától), valamint a szükséges mérési pontosságtól függ. Az elektromos méréseknél használt alapvető SI-mértékegységek a volt (V), ohm (Ω), farad (F), henry (H), amper (A) és másodperc (s).

AZ ELEKTROMOS MENNYISÉGEK EGYSÉGÉRE VONATKOZÓ ELŐÍRÁSOK

Az elektromos mérés talál ( kísérleti módszerek) egy fizikai mennyiség megfelelő mértékegységben kifejezett értéke (például 3 A, 4 V). Az elektromos mennyiségek mértékegységeinek értékeit nemzetközi megállapodás határozza meg a fizika törvényeivel és a mechanikai mennyiségek mértékegységeivel összhangban. Mivel a nemzetközi megállapodások által meghatározott elektromos mennyiségek mértékegységeinek „megtartása” nehézségekbe ütközik, ezeket az elektromos mennyiségek mértékegységeinek „gyakorlati” szabványaként mutatják be. Az ilyen szabványokat az állami metrológiai laboratóriumok támogatják különböző országok. Például az USA-ban jogi felelősség A Nemzeti Szabványügyi és Technológiai Intézet felelős az elektromos mennyiségek mértékegységeinek szabványainak betartásáért. Időről időre kísérleteket végeznek az elektromos mennyiségek mértékegységeinek szabványai és ezen egységek definíciói közötti megfelelés tisztázása érdekében. 1990-ben az iparosodott országok állami metrológiai laboratóriumai megállapodást írtak alá az elektromos mennyiségi egységekre vonatkozó gyakorlati szabványok egymás közötti harmonizálásáról, valamint ezeknek a mennyiségeknek a mértékegységeinek nemzetközi meghatározásával.

Elektromos mérések a feszültség és erő mértékegységére vonatkozó állami szabványoknak megfelelően hajtják végre egyenáram, DC ellenállás, induktivitás és kapacitás. Az ilyen szabványok olyan eszközök, amelyek stabil elektromos jellemzőkkel rendelkeznek, vagy olyan berendezések, amelyekben bizonyos alapon fizikai jelenség-ból számított elektromos mennyiség ismert értékek alapvető fizikai állandók. A watt- és wattóra-szabványok nem támogatottak, mivel célszerűbb ezen egységek értékét olyan definiáló egyenletekkel kiszámítani, amelyek más mennyiségek egységeihez kapcsolják őket.

MÉRŐMŰSZEREK

Az elektromos mérőműszerek leggyakrabban elektromos mennyiségek vagy nem elektromos mennyiségek pillanatnyi értékeit mérik elektromossá alakítva. Minden eszköz analógra és digitálisra van felosztva. Az előbbiek általában egy osztásos skála mentén mozgó nyíl segítségével mutatják a mért mennyiség értékét. Ez utóbbiak digitális kijelzővel vannak felszerelve, amely szám formájában mutatja a mért értéket. A digitális műszerek előnyösebbek a legtöbb méréshez, mivel pontosabbak, könnyebben leolvashatók és általában sokoldalúbbak. A digitális multimétereket ("multimétereket") és a digitális voltmérőket az egyenáramú ellenállás, valamint a váltakozó feszültség és az áram mérésére használják közepes és nagy pontossággal. Az analóg eszközöket fokozatosan felváltják a digitálisak, bár még mindig ott használják őket, ahol fontos az alacsony költség, és nincs szükség a nagy pontosságra. Az ellenállás és impedancia legpontosabb mérésére mérőhidak és egyéb speciális mérőeszközök állnak rendelkezésre. A mért érték időbeli változásának rögzítéséhez rögzítő eszközöket használnak - szalagrögzítőket és elektronikus oszcilloszkópokat, analóg és digitális.

DIGITÁLIS ESZKÖZÖK

Minden digitális mérőkészülék (a legegyszerűbbek kivételével) erősítőket és egyéb elektronikus alkatrészeket használ a bemeneti jel feszültségjellé alakítására, amelyet aztán egy analóg-digitális átalakító (ADC) digitális formára alakít. A mért értéket kifejező szám megjelenik egy fénykibocsátó diódán (LED), vákuumfluoreszcensen vagy folyadékkristályos (LCD) kijelzőn (kijelzőn). A készülék általában egy beépített mikroprocesszor vezérlése alatt működik, az egyszerű készülékeknél pedig egyetlen integrált áramkörön kombinálják a mikroprocesszort egy ADC-vel. A digitális eszközök jól használhatók külső számítógéphez csatlakoztatva. Egyes méréstípusoknál az ilyen számítógép átkapcsolja a készülék mérési funkcióit, és adatátviteli parancsokat ad azok feldolgozásához.

Analóg-digitális átalakítók.

Az ADC-knek három fő típusa van: integráló, egymást követő közelítő és párhuzamos. Egy integráló ADC átlagolja a bemeneti jelet az idő függvényében. A felsorolt ​​három típus közül ez a legpontosabb, bár a leglassabb. Az integráló ADC konverziós ideje 0,001-50 s vagy több, a hiba 0,1-0,0003%. Az egymást követő közelítés ADC hibája valamivel nagyobb (0,4-0,002%), de a konverziós idő ~10 µs és ~1 ms között van. A párhuzamos ADC-k a leggyorsabbak, de egyben a legkevésbé pontosak is: konverziós idejük körülbelül 0,25 ns, a hiba 0,4-2%.

Diszkretizálási módszerek.

A jelet időben mintavételezi úgy, hogy az egyes időpontokban gyorsan megméri, és a mért értékeket megtartja (elmenti), miközben azokat digitális formára konvertálja. A kapott diszkrét értékek sorozata hullámforma formájában jeleníthető meg a kijelzőn; ezen értékek négyzetre emelésével és összegzésével kiszámíthatja a jel négyzetes középértékét; ezek segítségével kiszámítható a felfutási idő, maximum érték, időátlag, frekvencia spektrum stb. Az időmintavétel történhet egyetlen jelperiódus alatt ("valós idejű"), vagy (szekvenciális vagy véletlenszerű mintavétellel) több ismétlődő perióduson keresztül.

Digitális voltmérők és multiméterek.

A digitális voltmérők és multiméterek egy mennyiség kvázistatikus értékét mérik és digitális formában jelzik. A voltmérők közvetlenül csak feszültséget mérnek, általában egyenfeszültséget, míg a multiméterek egyen- és váltakozó feszültséget, áramot, egyenáramú ellenállást és néha hőmérsékletet is mérhetnek. Ezek a legelterjedtebb, 0,2 és 0,001% közötti mérési pontosságú általános célú vizsgálóműszerek 3,5 vagy 4,5 számjegyű digitális kijelzővel rendelkezhetnek. A „fél egész szám” karakter (számjegy) egy feltételes jelzés arra vonatkozóan, hogy a kijelzőn a névleges karakterszámon túli számok is megjelenhetnek. Például egy 3,5 számjegyű (3,5 számjegyű) kijelző az 1-2 V tartományban akár 1,999 V feszültséget is mutathat.

Impedanciamérők.

Ezek olyan speciális műszerek, amelyek a kondenzátor kapacitását, az ellenállás ellenállását, az induktor induktivitását vagy a kondenzátor vagy induktor ellenálláshoz való csatlakozásának teljes ellenállását (impedanciáját) mérik és kijelzik. Az ilyen típusú műszerek kaphatók 0,00001 pF és 99,999 µF közötti kapacitás mérésére, 0,00001 ohm és 99,999 kohm közötti ellenállás és 0,0001 mH és 99,999 H közötti induktivitás mérésére. A mérések 1 MHz-től 1 MHz-ig 50 Hz-ig végezhetők. nem fedi le a teljes frekvenciatartományt. 1 kHz-hez közeli frekvenciákon a hiba akár 0,02% is lehet, de a pontosság a frekvenciatartományok és a mért értékek határai közelében csökken. A legtöbb műszer a fő mért értékekből számított származtatott értékeket is képes megjeleníteni, például a tekercs minőségi tényezőjét vagy egy kondenzátor veszteségi tényezőjét.

ANALÓG MŰSZEREK

Az egyenáramú feszültség, áram és ellenállás mérésére analóg magnetoelektromos eszközöket használnak állandó mágnessel és többfordulatú mozgó résszel. Az ilyen mutató típusú eszközöket 0,5-5%-os hiba jellemzi. Egyszerűek és olcsók (például áramot és hőmérsékletet jelző autóipari műszerek), de nem használják ott, ahol jelentős pontosságra van szükség.

Magnetoelektromos eszközök.

Az ilyen eszközök a mágneses mező és az áram közötti kölcsönhatás erejét használják fel a mozgó rész tekercsének fordulataiban, ami az utóbbit elfordítja. Ennek az erőnek a nyomatékát kiegyenlíti az ellentétes rugó által létrehozott nyomaték, így minden áramérték megfelel a nyíl egy bizonyos helyzetének a skálán. A mozgó rész 3-5-25-35 mm méretű, többfordulatú huzalkeret alakú, és a lehető legkönnyebb. A kőcsapágyakra szerelt vagy fémszalagra felfüggesztett mozgó rész egy erős állandó mágnes pólusai közé kerül. Két spirálrugó, amelyek kiegyenlítik a nyomatékot, vezetőként is szolgálnak a mozgó rész tekercseléséhez.

A magnetoelektromos eszköz reagál a mozgó részének tekercsén áthaladó áramra, ezért ampermérő vagy pontosabban milliamperméter (mivel a mérési tartomány felső határa nem haladja meg az 50 mA-t). Alkalmazható árammérésre nagyobb erőúgy, hogy egy kis ellenállású sönt ellenállást kapcsolunk párhuzamosan a mozgó rész tekercselésével úgy, hogy a teljes mért áramnak csak egy kis része ágazik el a mozgó rész tekercsébe. Az ilyen készülék sok ezer amperben mért áramerősségre alkalmas. Ha sorba kapcsol egy további ellenállást a tekercseléssel, az eszköz voltmérővé válik. Egy ilyen soros kapcsoláson a feszültségesés megegyezik az ellenállás ellenállásának és a készülék által mutatott áramerősség szorzatával, így skálája voltban kalibrálható. Ahhoz, hogy magnetoelektromos milliamperméterből ohmmérőt készítsünk, sorosan kell mérni az ellenállásokat, és állandó feszültséget kell alkalmazni erre a soros csatlakozásra, például akkumulátorról. Az ilyen áramkörben lévő áram nem lesz arányos az ellenállással, ezért speciális skálára van szükség a nemlinearitás korrigálásához. Ezután közvetlenül le lehet olvasni az ellenállást a skálán, bár nem túl nagy pontossággal.

Galvanométerek.

A magnetoelektromos eszközök közé tartoznak a galvanométerek is – rendkívül érzékeny eszközök rendkívül kis áramok mérésére. A galvanométerek nem rendelkeznek csapágyakkal, mozgó részük vékony szalagra vagy menetre van felfüggesztve, erősebb mágneses mezőt alkalmaznak, a mutatót a felfüggesztő menetre ragasztott tükör helyettesíti (1. ábra). A tükör a mozgó résszel együtt forog, és elfordulásának szögét az általa leadott fényfolt elmozdulása alapján becsüljük meg egy kb. 1 m távolságra telepített skálán 1 mm, mindössze 0,00001 μA áramváltozással.

RÖGZÍTŐESZKÖZÖK

Az adatrögzítő műszerek rögzítik a mért mennyiség értékében bekövetkezett változások „előzményét”. Az ilyen műszerek legelterjedtebb típusai a szalagos diagramrögzítők, amelyek tollal rögzítik az értékváltozás görbéjét egy diagrampapír szalagra, az analóg elektronikus oszcilloszkópok, amelyek a folyamatgörbét egy katódsugárcső képernyőjén jelenítik meg, valamint a digitális oszcilloszkópok. , amelyek egyszeri vagy ritkán ismétlődő jeleket tárolnak. A fő különbség ezen eszközök között a rögzítési sebesség. A szalagrögzítők mozgó mechanikus alkatrészeikkel a legmegfelelőbbek a másodpercek, percek vagy akár lassabban változó jelek rögzítésére. Az elektronikus oszcilloszkópok képesek olyan jelek rögzítésére, amelyek idővel a másodperc milliomodrészétől néhány másodpercig változnak.

HIDAK MÉRÉSE

A mérőhíd általában egy négykaros elektromos áramkör, amely ellenállásokból, kondenzátorokból és induktorokból áll, és amelyet ezen alkatrészek paramétereinek arányának meghatározására terveztek. Az áramkör egyik ellentétes pólusához egy áramforrás, a másikhoz nullérzékelő csatlakozik. A mérőhidakat csak olyan esetekben használjuk, ahol a legnagyobb mérési pontosságra van szükség. (Közepes pontosságú mérésekhez érdemesebb digitális műszereket használni, mert könnyebben kezelhetőek.) A legjobb váltóáramú transzformátoros mérőhidak hibája (aránymérés) 0,0000001% nagyságrendű. Az ellenállás mérésére szolgáló legegyszerűbb híd feltalálójáról, Charles Wheatstone-ról kapta a nevét.

Dupla egyenáramú mérőhíd.

Nehéz rézhuzalokat csatlakoztatni az ellenálláshoz anélkül, hogy 0,0001 ohmos vagy nagyobb nagyságrendű érintkezési ellenállást vezetnének be. 1 Ohm ellenállás esetén az ilyen áramvezetés csak 0,01% nagyságrendű hibát okoz, de 0,001 Ohm ellenállásnál a hiba 10%. Kettős mérőhíd (Thomson-híd), melynek diagramja az ábrán látható. 2, kis értékű referenciaellenállások ellenállásának mérésére szolgál. Az ilyen négypólusú referenciaellenállások ellenállását a potenciálkapcsaik feszültségének arányaként határozzuk meg ( R 1 , R 2 ellenállás R sÉs R 3 , p 4 ellenállás R xábrán. 2) áramot az áramkivezetéseiken keresztül ( Val vel 1 , Val vel 2 és Val vel 3 , Val vel 4). Ezzel a technikával a csatlakozó vezetékek ellenállása nem vezet be hibákat a kívánt ellenállás mérésének eredményébe. Két további kar mÉs n megszünteti a csatlakozó vezeték hatását 1 terminálok között Val vel 2 és Val vel 3. Ellenállás mÉs n ezek a vállak úgy vannak kiválasztva, hogy az egyenlőség teljesüljön M/m= N/n. Ezután az ellenállás megváltoztatása R s, csökkentse az egyensúlyhiányt nullára és keresse meg

R x = R s(N/M).

AC mérőhidak.

A legelterjedtebb váltakozó áramú mérőhidakat úgy tervezték, hogy akár 50-60 Hz-es hálózati frekvencián, ill. hangfrekvenciák(általában 1000 Hz körül); A speciális mérőhidak 100 MHz-ig terjedő frekvencián működnek. Az AC mérőhidaknál általában a feszültségarányt pontosan beállító két kar helyett transzformátort használnak. Ez alól a szabály alól kivétel a Maxwell-Wien mérőhíd.

Maxwell-Wien mérőhíd.

Egy ilyen mérőhíd lehetővé teszi az induktivitás szabványok összehasonlítását ( L) kapacitásszabványokkal, ismeretlen működési frekvencián. A kapacitásszabványokat nagy pontosságú méréseknél használják, mert egyszerűbb kialakításúak, mint a precíziós induktivitás-szabványok, kompaktabbak, könnyebben árnyékolhatók, és gyakorlatilag nem hoznak létre külső elektromágneses teret. Ennek a mérőhídnak az egyensúlyi feltételei a következők: Lx = R 2 R 3 C 1 és R x = (R 2 R 3) /R 1 (3. ábra). A híd „tiszta” tápegység (azaz alapfrekvencia felharmonikusokat tartalmazó jelforrás) esetén is kiegyensúlyozott, ha az érték Lx nem függ a frekvenciától.

Transzformátor mérőhíd.

A váltakozó áramú mérőhidak egyik előnye, hogy transzformátorral könnyen beállítható a pontos feszültségarány. Ellentétben az ellenállásokból, kondenzátorokból vagy induktorokból épített feszültségosztókkal, a transzformátorok hosszú ideig állandó feszültségarányt tartanak fenn, és ritkán igényelnek újrakalibrálást. ábrán. A 4. ábra egy transzformátor mérőhíd diagramját mutatja két azonos típusú impedancia összehasonlítására. A transzformátor mérőhíd hátrányai közé tartozik, hogy a transzformátor által megadott arány bizonyos mértékben függ a jel frekvenciájától. Ez ahhoz vezet, hogy a transzformátor mérőhidakat csak korlátozott frekvenciatartományokra kell tervezni, ahol a névleges pontosság garantált.

Földelés és árnyékolás.

Tipikus nulldetektorok.

Az AC mérőhidaknál kétféle nulldetektort használnak leggyakrabban. Az egyik nulldetektora egy rezonáns erősítő, analóg kimeneti eszközzel, amely a jelszintet mutatja. A nulldetektor másik típusa a fázisérzékeny detektor, amely az aszimmetrikus jelet aktív és reaktív komponensekre választja szét, és olyan alkalmazásokban hasznos, ahol az ismeretlen komponensek közül csak az egyiket (mondjuk az induktivitást) kell pontosan kiegyensúlyozni. L, de nem ellenállás R induktorok).

AC JELZÉSEK MÉRÉSE

Időben változó váltakozó áramú jelek esetén általában meg kell mérni néhány jellemzőjüket, amelyek a jel pillanatnyi értékéhez kapcsolódnak. Leggyakrabban az RMS (effektív) AC elektromos értékek ismerete kívánatos, mivel az 1 VDC fűtőteljesítmény megfelel az 1 Vrms AC fűtőteljesítménynek. Ezzel együtt más mennyiségek is érdekesek lehetnek, például a maximális vagy az átlagos abszolút érték. A váltakozó áram feszültségének (vagy erősségének) négyzetgyökértéke (effektív) a feszültség (vagy áramerősség) időátlagos négyzetének négyzetgyöke:

Ahol T– jelzési periódus Y(t). Maximális érték Y max a jel legnagyobb pillanatnyi értéke és az átlagos abszolút érték YAA– időbeli átlagolt abszolút érték. Szinuszos oszcillációval Y eff = 0,707 Y max és YAA = 0,637Y Max.

AC feszültség és áram mérése.

Szinte minden váltakozó feszültséget és áramot mérő műszer olyan értéket mutat, amelyet a bemeneti jel effektív értékének kell tekinteni. Az olcsó műszerek azonban gyakran ténylegesen megmérik a jel átlagos abszolút vagy maximális értékét, és úgy kalibrálják a skálát, hogy a leolvasás megfeleljen az egyenértékű effektív értéknek, feltételezve, hogy a bemeneti jel szinuszos hullámforma. Nem szabad figyelmen kívül hagyni, hogy az ilyen eszközök pontossága rendkívül alacsony, ha a jel nem szinuszos. Az AC jelek valódi effektív értékének mérésére alkalmas műszerek három alapelv egyikére épülhetnek: elektronikus szorzás, jelmintavétel vagy termikus konverzió. Az első két elven alapuló eszközök általában feszültségre, a hőelektromos mérőműszerek pedig áramra reagálnak. Kiegészítő és sönt ellenállások használata esetén minden eszköz képes áramot és feszültséget is mérni.

Elektronikus szorzás.

A bemeneti jel négyzetesítését és időátlagolását bizonyos közelítésig erősítőket és nemlineáris elemeket tartalmazó elektronikus áramkörök végzik matematikai műveletek végrehajtása érdekében, mint például az analóg jelek logaritmusának és antilogaritmusának megtalálása. Az ilyen típusú eszközök hibája csak 0,009%-os nagyságrendű lehet.

Jel-mintavételezés.

Az AC jelet egy nagy sebességű ADC segítségével digitális formává alakítják. A mintavételezett jelértékek négyzetre kerülnek, összegezve és elosztva a mintavételezett értékek számával egy jelperiódusban. Az ilyen eszközök hibája 0,01-0,1%.

Hővillamos mérőműszerek.

A feszültség és áram effektív értékeinek mérésének legnagyobb pontosságát a termikus elektromos mérőműszerek biztosítják. Hőáram-átalakítót használnak, kisméretű, ürített üvegedény formájában, fűtőszálas (0,5-1 cm hosszú) fűtőszálas, amelynek középső részéhez apró gyöngyökkel egy hőelemes forrócsatlakozó csatlakozik. A perem hőkontaktust és egyben elektromos szigetelést biztosít. A hőmérséklet növekedésével, amely közvetlenül kapcsolódik a fűtőszál áramának effektív értékéhez, egy termo-EMF (egyenáramú feszültség) jelenik meg a hőelem kimenetén. Az ilyen konverterek alkalmasak 20 Hz és 10 MHz közötti váltóáram mérésére.

ábrán. Az 5. ábra egy hőelektromos mérőeszköz vázlatos rajzát mutatja két, paraméterek szerint kiválasztott hőáram-átalakítóval. Amikor az áramkör bemenetére váltakozó feszültséget kapcsolunk V ac az átalakító hőelem kimenetén TS 1 DC feszültség lép fel, erősítő A egyenáramot hoz létre az átalakító fűtőszálában TS 2. ábra, amelyben az utóbbi hőeleme ugyanazt az egyenfeszültséget állítja elő, és egy hagyományos DC mérő méri a kimeneti áramot.

Egy további ellenállás segítségével a leírt árammérő átalakítható voltmérővé. Mivel a hőmérők közvetlenül csak 2 és 500 mA közötti áramerősséget mérnek, nagyobb áramok méréséhez ellenállássöntekre van szükség.

AC teljesítmény és energia mérés.

Az AC áramkörben a terhelés által fogyasztott teljesítmény megegyezik a feszültség és a terhelési áram pillanatnyi értékének időbeli átlagával. Ha a feszültség és az áram szinuszosan változik (mint általában), akkor a teljesítmény R formában ábrázolható P = EI kötözősaláta j, Ahol EÉs én a feszültség és az áram effektív értékei, és j– a feszültség és az áram szinuszos fázisszöge (eltolódási szöge). Ha a feszültséget voltban és az áramerősséget amperben fejezzük ki, akkor a teljesítményt wattban fejezzük ki. cos szorzó j teljesítménytényezőnek nevezett feszültség- és áramingadozások szinkronjának mértékét jellemzi.

Gazdasági szempontból a legfontosabb elektromos mennyiség az energia. Energia W a teljesítmény és a fogyasztási idő szorzata határozza meg. BAN BEN matematikai formaígy van írva:

Ha idő ( t 1 - t 2) másodpercben mérve, feszültség e- voltban és áramban én– amperben, majd energiában W watt-másodpercben lesz kifejezve, azaz. joule (1 J = 1 Wh s). Ha az időt órákban mérjük, akkor az energiát wattórákban mérjük. A gyakorlatban kényelmesebb a villamos energiát kilowattórában kifejezni (1 kWh h = 1000 Wh).

Időosztásos villanyórák.

Az időmegosztásos villamosenergia-mérők egy nagyon egyedi, de pontos módszert használnak az elektromos teljesítmény mérésére. Ennek az eszköznek két csatornája van. Az egyik csatorna egy elektronikus kulcs, amely engedélyezi vagy nem adja át a bemeneti jelet Y(vagy fordított bemeneti jel - Y) egy aluláteresztő szűrőhöz. A gomb állapotát a második csatorna kimeneti jele szabályozza, a bemeneti jelével arányos „zárt”/„nyitott” időintervallum aránnyal. Az átlagos jel a szűrő kimenetén egyenlő a két bemeneti jel szorzatának időátlagával. Ha az egyik bemeneti jel arányos a terhelési feszültséggel, a másik pedig a terhelési árammal, akkor a kimeneti feszültség arányos a terhelés által fogyasztott teljesítménnyel. Az ilyen ipari számlálók hibája 0,02% 3 kHz-ig terjedő frekvenciákon (a laboratóriumiak 60 Hz-en csak 0,0001%). Nagy pontosságú műszerekként szabványos számlálóként használják a működő mérőműszerek ellenőrzésére.

Mintavételi wattmérők és villanymérők.

Az ilyen eszközök a digitális voltmérő elvén alapulnak, de két bemeneti csatornával rendelkeznek, amelyek párhuzamosan mintavételezik az áram- és feszültségjeleket. Mindegyik diszkrét érték e(k), amely a feszültségjel pillanatnyi értékeit jelenti a mintavétel időpontjában, megszorozzuk a megfelelő diszkrét értékkel én(k) egyidejűleg vett aktuális jelet. Az ilyen termékek időátlaga a teljesítmény wattban:

A diszkrét értékek szorzatait idővel felhalmozó összeadó a teljes villamos energiát wattórában adja meg. A villanyórák hibája akár 0,01% is lehet.

Indukciós árammérők.

Az indukciós mérő nem más, mint egy kis teljesítményű váltakozó áramú villanymotor két tekercssel - egy áramtekerccsel és egy feszültségtekerccsel. A tekercsek közé helyezett vezetőképes tárcsa a fogyasztott teljesítménnyel arányos nyomaték hatására forog. Ezt a nyomatékot a tárcsában állandó mágnes által indukált áramok egyensúlyozzák ki, így a tárcsa forgási sebessége arányos az energiafogyasztással. A tárcsa adott időn belüli fordulatszáma arányos a fogyasztó által ez idő alatt kapott teljes villamos energiával. A tárcsa fordulatszámát egy mechanikus számláló számolja, amely kilowattórában mutatja az elektromosságot. Az ilyen típusú készülékeket széles körben használják háztartási villamosenergia-mérőként. Hibájuk általában 0,5%; Hosszú élettartamúak minden megengedett áramszint mellett.

Irodalom:

Atamalyan E.G. satöbbi. Műszerek és módszerek elektromos mennyiségek mérésére. M., 1982
Malinovsky V.N. satöbbi. Elektromos mérések. M., 1985
Avdeev B.Ya. satöbbi. Metrológia és elektromos mérések alapjai. L., 1987



ELEKTROMOS MÉRÉSEK ÉS MŰSZEREK

3.1. A mérések szerepe az elektrotechnikában

Bármely tudásterületen rendkívül fontosak a mérések, de az elektrotechnikában különösen fontosak.

Az ember érzékszervei segítségével érzékeli a mechanikai, hő- és fényjelenségeket. Bár hozzávetőlegesen, de meg tudjuk becsülni a tárgyak méretét, mozgásuk sebességét és a világító testek fényességét. Sokáig így tanulmányozták az emberek a csillagos eget.

De te és én pontosan ugyanúgy reagálunk egy vezetőre, amelynek áramerőssége 10 mA vagy 1 A(azaz 100-szor több).

Látjuk a vezető alakját, színét, de érzékszerveink nem teszik lehetővé, hogy felmérjük az áram nagyságát. Ugyanígy teljesen közömbösek vagyunk a tekercs által keltett mágneses tér, a kondenzátor lemezei közötti elektromos tér iránt. Az orvostudomány megállapította az elektromos és mágneses mezők bizonyos hatását az emberi testre, de nem érezzük ezt a hatást és a nagyságát elektromágneses mező nem tudjuk értékelni.

Az egyetlen kivétel a nagyon erős mezők. De még itt is van kellemetlen bizsergő érzés, ami körbejáráskor észrevehető nagyfeszültségű vezeték Az átvitel nem teszi lehetővé, hogy még hozzávetőlegesen megbecsüljük a vezetékben lévő elektromos feszültség nagyságát.

Mindez az elektromosság kutatásának és alkalmazásának első lépéseitől kezdve elektromos mérőműszerek használatára kényszerítette a fizikusokat és mérnököket.

A műszerek egy villamosmérnök szeme és füle. Nélkülük süket és vak és teljesen tehetetlen. Több millió elektromos mérőműszert telepítenek gyárakban és kutatólaboratóriumokban. Minden lakáshoz tartozik még egy mérőeszköz - villanyóra.

Az elektromos mérőműszerek leolvasását (jeleit) a különböző elektromos készülékek működésének, valamint a villamos berendezések állapotának, különös tekintettel a szigetelés állapotának felmérésére használják. Az elektromos mérőműszereket nagy érzékenység, mérési pontosság, megbízhatóság és könnyű kivitelezés jellemzi.

Az elektromos műszergyártás sikerei oda vezettek, hogy más iparágak is igénybe vették szolgáltatásait. Elektromos módszerek méretek, sebességek, tömeg és hőmérséklet meghatározására kezdték használni. Még egy független tudományág is kialakult Nem elektromos mennyiségek elektromos mérése”.

Az elektromos mérőműszerek leolvasott értékei nagy távolságokra továbbíthatók (távmérés), felhasználhatók a gyártási folyamatok közvetlen befolyásolására (automatikus vezérlés); segítségükkel rögzítik az ellenőrzött folyamatok előrehaladását, például kazettára rögzítve stb.

A félvezető technológia alkalmazása jelentősen kibővítette az elektromos mérőműszerek alkalmazását.

Bármely fizikai mennyiség mérése azt jelenti, hogy megtaláljuk az értékét empirikusan speciális használatával technikai eszközöket.

A legújabb berendezések próbapadi tesztelése elképzelhetetlen elektromos mérések nélkül, így egy 1200-as turbógenerátor tesztelésekor MW Az Elektrosila üzemben 1500 ponton végeztek méréseket.

Az elektromos mérőműszerek fejlődése a mikroelektronika alkalmazásához vezetett bennük, amely lehetővé teszi a fizikai mennyiségek mérését legfeljebb 0,005-0,0005% hibával.

3.2. Alapfogalmak, fogalmak és definíciók

eredmények elméleti tevékenységek kísérleti ellenőrzés nélkül megbízhatatlanok. A kísérlet során a mérőberendezések olyan eredményeket adnak, amelyek jelzik a termékek minőségét és mennyiségét, helyességét technológiai folyamatok, forgalmazás, fogyasztás és termelés. Ugyanakkor az elektromos mérések az alacsony energiafogyasztás, a mért értékek távolsági továbbításának lehetősége, a nagy mérési és átviteli sebesség, valamint a nagy pontosság és érzékenység miatt előnyösebbnek bizonyultak.

Elektromos mérések és műszerek, egységük biztosításának módszerei és eszközei, a kívánt pontosság elérésének módszerei - mindez a metrológiára, valamint az optimális normák és kölcsönhatási szabályok megállapításának elveire és módszereire vonatkozik - szabványosítás.

Az Orosz Föderációban a szabványosítás és a metrológia egyetlen közszolgáltatásban – az Állami Szabványügyi Bizottságban – egyesül. 1963-ban a GOST 9867-61 bevezette a mérőn alapuló nemzetközi mértékegységrendszert (SI). m), kilogramm ( kg), másodperc ( Val vel), amper ( A), kelvin ( NAK NEK) és kandelák ( CD).

Az elektromos mérések és műszerek kérdései könnyebben megérthetők, ha a fogalmak és definíciók tartalma ismert.

Metrológia- a mérések tudománya, azok egységét biztosító módszerek és eszközök, valamint a kívánt pontosság elérésének módszerei.

Mérés- fizikai mennyiség értékének kísérleti, speciális technikai eszközökkel történő megállapítása.

Mérési eredmény- a méréssel talált fizikai mennyiség értéke.

Intézkedés- egy adott méretű fizikai mennyiség (például a fény mértékegysége - cd) reprodukálására tervezett mérőműszer.

Transzduktor- mérőműszer a mérési információ jelének előállítására olyan formában, amely alkalmas továbbításra, további átalakításra, feldolgozásra (vagy tárolásra), de nem alkalmas a megfigyelő általi közvetlen észlelésre. Az elsődleges mérőátalakító egy érzékelő.

Mérőeszköz- olyan mérőműszer, amelyet arra terveztek, hogy a mérési információ jelét a megfigyelő által közvetlenül észlelhető formában állítsa elő.

3.3. Mérési módszerek. Mérési hiba

Különböző mért elektromos mennyiségekhez saját mérőműszerek, úgynevezett intézkedések. Például a normál elemek az EMF mérésére szolgálnak, a mérőellenállások az elektromos ellenállás mértékére, a mérőtekercsek az induktivitás mértékére, az állandó kapacitású kondenzátorok az elektromos kapacitás mértékére stb.

A gyakorlatban különféle módszereket alkalmaznak különféle fizikai mennyiségek mérésére. Ez utóbbiak, az eredmény megszerzésének módjától függően, fel vannak osztva egyenesÉs közvetett. Nál nél közvetlen mérés a mennyiség értékét közvetlenül a kísérleti adatokból kapjuk. Nál nél közvetett mérés egy mennyiség kívánt értékét a mennyiség és a közvetlen mérésekből nyert értékek közötti ismert összefüggés alapján számolva találjuk meg. Így az áramkör egy szakaszának ellenállása meghatározható a rajta átfolyó áram és az alkalmazott feszültség mérésével, majd ezt az ellenállást az Ohm törvénye alapján kiszámítva. A villamos méréstechnikában a legszélesebb körben alkalmazott módszerek a közvetlen mérési módszerek, mivel ezek általában egyszerűbbek és kevesebb időt igényelnek.

Az elektromos méréstechnikában is alkalmazzák összehasonlító módszer, amely a mért érték reprodukálható mértékkel való összehasonlításán alapul. Az összehasonlítási módszer lehet kompenzációs vagy áthidaló. Alkalmazási példa kompenzációs módszer A feszültség mérésére szolgál úgy, hogy az értékét összehasonlítja egy normál elem EMF értékével. Példa híd módszer az ellenállás mérése négykaros hídáramkör segítségével. A kompenzációs és hídmódszerrel végzett mérések nagyon pontosak, de kifinomultabb mérőberendezést igényelnek.

SZÁM ELŐADÁS 1

Tantárgy:ELEKTROMOS MŰSZEREK ÉS AZ ELEKTROMOS MENNYISÉGEK MÉRÉSE

1. Általános információ az elektromos mérőműszerekről

Az elektromos mérőműszereket az elektromos áramkör különböző mennyiségeinek és paramétereinek mérésére tervezték: feszültség, áram, teljesítmény, frekvencia, ellenállás, induktivitás, kapacitás és mások.

A diagramokon az elektromos mérőműszerek hagyományos grafikus szimbólumokkal vannak ábrázolva a GOST 2.729-68 szerint. Az 1.1. ábra a jelző- és rögzítőberendezések általános megnevezéseit mutatja.

Rizs. 1.1 Feltételes grafikus szimbólumok elektromos mérőműszerek.

Az elektromos mérőeszköz céljának jelzésére a szabványokban meghatározott speciális szimbólumot vagy az eszköz GOST szerinti mértékegységeinek betűjelét kell beírni az 1.1. táblázat szerint.

1.1. táblázat

Név egységek	Szimbólum	Név egységek	Szimbólum
		Milliamp
		mikroerősítő
		Millivolt
		Kilowatt
Teljesítménytényező

2. Elektromechanikus mérőműszerek

A működési elv szerint az elektromechanikus eszközöket magnetoelektromos, elektromágneses, ferrodinamikai, indukciós és elektrosztatikus rendszerekre osztják. A rendszerek szimbólumait a táblázat tartalmazza. 1.2. A legelterjedtebb eszközök az első három típus: magnetoelektromos, elektromágneses, elektrodinamikus.

1.2. táblázat

Eszköztípus	Szimbólum	A mért áram típusa	Előnyök	Hibák
elektromos		Állandó	Nagy pontosság, skála egyenletesség	Nem ellenáll a túlterhelésnek
mágneses		Változó állandó	A készülék egyszerűsége, ellenáll a túlterhelésnek	Alacsony pontosságú, interferenciaérzékeny
dinamikus		Változó állandó	Nagy pontosság	Alacsony érzékenység, interferenciára érzékeny
Indukció		Változó	Nagy megbízhatóság, ellenáll a túlterhelésnek	Alacsony pontosság

3. Elektromechanikus eszközök alkalmazási területei

Magnetoelektromos eszközök: panel- és laboratóriumi ampermérők és voltmérők; nulla jelzések híd- és kompenzációs áramkörökben történő méréskor.

Az alacsony frekvenciájú váltóáramú ipari létesítményekben a legtöbb ampermérő és voltmérő az elektromágneses rendszer eszköze. A 0,5 osztályú és pontosabb laboratóriumi műszerek gyárthatók egyen- és váltakozó áramok és feszültség mérésére.

Az elektrodinamikus mechanizmusokat laboratóriumi és modellműszerekben használják egyen- és váltakozó áramok, feszültségek és teljesítmények mérésére.

Az indukciós mechanizmusokon alapuló indukciós eszközöket főként egy- és háromfázisú váltakozó áramú energiamérőként használják. A pontosság szerint a mérők 1.0 osztályba vannak osztva; 2,0; 2.5. A CO mérő (egyfázisú mérő) az aktív energia (wattóra) elszámolására szolgál egyfázisú áramkörökben. Az aktív energia mérésére háromfázisú áramkörökben kételemes induktív mérőket használnak, amelyek számláló mechanizmusa figyelembe veszi a kilowattórákat. A meddőenergia figyelembevételére speciális induktív mérőket használnak, amelyek némi változást mutatnak a tekercsek kialakításában vagy a kapcsolóáramkörben.

Aktív és reaktív mérőórák minden vállalkozásnál fel vannak szerelve, hogy az energiaellátó szervezeteknek kifizessék a felhasznált villamos energiát.

A mérőeszközök kiválasztásának elve

1. Az áramkör kiszámításával határozza meg az áram, a feszültség és a teljesítmény maximális értékét az áramkörben. Gyakran a mért mennyiségek értékei előre ismertek, például a hálózati vagy az akkumulátor feszültsége.

2. A mért mennyiség típusától, egyenáramtól vagy váltóáramtól függően, a készülékrendszer kerül kiválasztásra. Az egyen- és váltóáram műszaki mérésére magnetoelektromos, illetve elektromágneses rendszereket választanak. Laboratóriumi és precíz méréseknél az egyenáramok és feszültségek meghatározására magnetoelektromos rendszert, váltakozó áramot és feszültséget elektrodinamikus rendszerrel.

3. Válassza ki a készülék mérési határát úgy, hogy
a mért érték a skála utolsó, harmadik részében volt
eszköz.

4. A kívánt mérési pontosságtól függően válasszon osztályt
a készülék pontossága.

4. Eszközök áramkörhöz való csatlakoztatásának módszerei

Az ampermérők a terheléssel sorba, a voltmérők párhuzamosan, a wattmérők és a két tekercses (áram- és feszültségmérők) sorosan - párhuzamosan (1.2. ábra).

https://pandia.ru/text/78/613/images/image013_9.gif" width="296" height="325">

https://pandia.ru/text/78/613/images/image016_8.gif" width="393" height="313 src=">

Rizs. 1.3. A műszerek mérési határainak bővítésének módszerei.

A többhatáros ampermérők, voltmérők és wattmérők felosztási árát a következő képlet határozza meg:

P" a legjelentősebb számjegyben), és változtassa meg a bemeneti jel polaritását, amikor a "-" jel villog a legjelentősebb számjegyben.

A VR-11 A multiméter mérési hibája.

Állandó feszültség: ±(0,5% Ux +4 számjegy).

AC feszültség: ± (0,5% Ux + 10 számjegy),

ahol Ux a műszer leolvasása;

zn. - a legalacsonyabb rangú egység.

Az elektronikus eszközök előnyei: nagy bemeneti impedancia, amely lehetővé teszi a méréseket az áramkör befolyásolása nélkül; széles mérési tartomány, nagy érzékenység, széles frekvenciatartomány, nagy mérési pontosság.

6. Mérések és mérőműszerek hibái

A mérőeszközök és eredmények minőségét általában hibáik feltüntetésével jellemezzük. A mérésekre vonatkozó szakirodalomban körülbelül 30 féle hiba található. Figyelembe kell venni, hogy a mérőműszerek hibái és a mérési eredmények hibái nem azonos fogalmak. Történelmileg a hibatípusok egy része a mérőműszerek hibáihoz, más része a mérési eredmények hibáihoz volt rendelve, és van, amely mindkettőre vonatkozik.

A hiba bemutatásának módjai a következők.

A megoldandó problémáktól függően a hiba ábrázolására leggyakrabban többféle módszert alkalmaznak.

Abszolút hiba – a mérendő mennyiséggel azonos mértékegységekben mérve. Jellemzi az értéket lehetséges eltérés a mért mennyiség valódi értéke a mértből.

Relatív hiba– az abszolút hiba és a mennyiség értékének aránya. Ha a hibát a teljes mérési intervallumra szeretnénk meghatározni, akkor meg kell találnunk az intervallumon belüli arány maximális értékét. Méret nélküli mértékegységekben mérve.

Pontossági osztály– relatív hiba, százalékban kifejezve. A pontossági osztályok értékeit általában a következő tartományból választják ki: 0,1; 0,5:1,0; 1,5; 2,0; 2.5 stb.

Az abszolút és relatív hiba fogalma mind a mérésekre, mind a mérőműszerekre vonatkozik, és az adott hiba csak a mérőműszerek pontosságát értékeli.

Az abszolút mérési hiba x mért értéke és valódi chi értéke közötti különbség:

Általában a mért mennyiség valódi értéke ismeretlen, és helyette az (1.1) pontban a mért mennyiség értékét egy pontosabb eszközzel helyettesítik, vagyis olyannal, amelynek kisebb a hibája, mint az x értéket adó eszköz. . Az abszolút hibát a mért érték egységeiben fejezzük ki. A mérőműszerek ellenőrzésekor az (1.1) képletet használják.

Relatív hiba https://pandia.ru/text/78/613/images/image020_7.gif" width="99" height="45"> (1.2)

A relatív mérési hiba alapján értékeljük a mérési pontosságot.

A mérőeszköz csökkentett hibáját az abszolút hiba és az xn standard érték arányaként határozzuk meg, és százalékban fejezzük ki:

(1.3)

A normalizáló értéket általában a skála munkarészének felső határával egyenlőnek veszik, amelyben a nulla jel a skála szélén van.

Az adott hiba meghatározza a mérőeszköz pontosságát, nem függ a mért értéktől, és egy adott eszközre vonatkozóan egyetlen értékkel rendelkezik. Az (1..gif" width="15" height="19 src=">-től minél nagyobb, annál kisebb az x mért érték a készülék xN mérési határához viszonyítva.

Sok mérőműszer különbözik a pontossági osztályokban. A G műszer pontossági osztálya egy általánosított jellemző, amely a műszer pontosságát jellemzi, de nem közvetlen jellemzője az ezzel a műszerrel végzett mérés pontosságának.

A készülék pontossági osztálya számszerűen megegyezik a legnagyobb megengedett csökkentett alaphibával, százalékban számolva. Az ampermérőkre és voltmérőkre a következő pontossági osztályokat állapították meg: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0; 5.0. Ezek a számok a műszerskálán vannak ábrázolva. Például az 1. osztály a garantált hibahatárokat százalékos arányban (± 1%, például a 100 V végértékhez viszonyítva, azaz ± 1 V) jellemzi normál üzemi körülmények között.

A nemzetközi osztályozás szerint a 0,5 és ennél pontosabb pontossági osztályú készülékek számítanak pontosnak vagy példaértékűnek, az 1,0 és durvább pontossági osztályú készülékek pedig működőnek. Minden eszközt időszakonként ellenőrizni kell, hogy megfeleljen a metrológiai jellemzőknek, beleértve a pontossági osztályt is, az útlevélértékeknek. Ebben az esetben a referenciaeszköznek pontosabbnak kell lennie, mint az osztályon keresztül ellenőrzött eszköz, nevezetesen: a 4,0 pontossági osztályú eszköz hitelesítését egy 1,5 pontossági osztályú eszköz végzi, az eszköz hitelesítését pedig egy eszköz 1,0 pontossági osztályú 0,2 pontossági osztályú készülékkel történik.

Mivel a műszer skáláján a G pontossági osztály és az XN mérési határ is szerepel, a műszer abszolút hibáját az (1.3) képlet alapján határozzuk meg:

https://pandia.ru/text/78/613/images/image019_7.gif" width="15 height=19" height="19"> Val vel A készülék G pontossági osztályát a következő képlet fejezi ki:

amiből az következik, hogy a relatív mérési hiba csak a skálán a határérték mérésekor egyenlő a készülék pontossági osztályával, azaz ha x = XN. A mért érték csökkenésével a relatív hiba növekszik. Hányszor XN > x, hányszor > G. Ezért ajánlatos a jelzőkészülék mérési határait úgy megválasztani, hogy a mérés a skála utolsó harmadában, annak végéhez közelebb történjen.

7. Egyedi mérések mérési eredményeinek bemutatása

A mérési eredmény a mért érték és a mérés pontosságát jellemző mérési hiba értékeléséből áll. A GOST 8.011-72 szerint a mérési eredményt a következő formában mutatják be:

ahol A a mérési eredmény;

Az eszköz abszolút hibája;

P - valószínűség, at statisztikai feldolgozás adat.

Ebben az esetben az A és a https://pandia.ru/text/78/613/images/image023_5.gif" width="15" height="17"> nem tartalmazhat két jelentős számjegynél többet.

Az elektrotechnika tanulmányozása során elektromos, mágneses és mechanikai mennyiségekkel kell foglalkozni és ezeket a mennyiségeket megmérni.

Egy elektromos, mágneses vagy bármilyen más mennyiség mérése azt jelenti, hogy összehasonlítjuk egy másik homogén mennyiséggel, amelyet egységnek tekintünk.

Ez a cikk a legfontosabb mérések osztályozását tárgyalja. Ez a besorolás magában foglalja a mérések módszertani szempontból történő osztályozását, azaz attól függően általános technikák mérési eredmények megszerzése (mérési típusok vagy osztályok), a mérések osztályozása az elvek és mérőeszközök használatától függően (mérési módszerek) és a mérések osztályozása a mért mennyiségek dinamikájától függően.

Az elektromos mérések típusai

Az eredmény megszerzésének általános módszereitől függően a méréseket felosztják a következő típusok: közvetlen, közvetett és közös.

Közvetlen mérések felé ide tartoznak azok, amelyek eredményei közvetlenül a kísérleti adatokból származnak. A közvetlen mérés hagyományosan az Y = X képlettel fejezhető ki, ahol Y a mért mennyiség kívánt értéke; X egy közvetlenül a kísérleti adatokból nyert érték. Ez a fajta mérés magában foglalja a különböző fizikai mennyiségek mérését meghatározott mértékegységekben kalibrált műszerekkel.

Például áramerősség mérése ampermérővel, hőmérséklet mérése hőmérővel, stb. Ez a fajta mérés olyan méréseket is tartalmaz, amelyek során egy mennyiség kívánt értékét úgy határozzák meg, hogy közvetlenül összehasonlítják a mértékkel. Az alkalmazott eszközöket és a kísérlet egyszerűségét (vagy összetettségét) nem veszik figyelembe, amikor egy mérést közvetlennek minősítenek.

A közvetett mérés olyan mérés, amelyben egy mennyiség kívánt értékét a mennyiség és a közvetlen mérésnek alávetett mennyiségek ismert kapcsolata alapján találják meg. A közvetett méréseknél a mért mennyiség számértékét az Y = F(Xl, X2 ... Xn) képlettel történő számítással határozzuk meg, ahol Y a mért mennyiség kívánt értéke; X1, X2, Xn - a mért mennyiségek értékei. Az indirekt mérések példájaként kiemelhetjük az egyenáramú áramkörökben a teljesítmény mérését ampermérővel és voltmérővel.

Közös mérések Olyanokat nevezünk, amelyekben az ellentétes mennyiségek kívánt értékeit a keresett mennyiségek értékeit közvetlenül mért mennyiségekkel összekötő egyenletrendszer megoldásával határozzák meg. Példa a kötési mérésekre az együtthatók meghatározása az ellenállás ellenállását a hőmérsékletére vonatkozó képletben: Rt = R20

Elektromos mérési módszerek

A mérési elvek és eszközök alkalmazásának technikáitól függően minden módszer a közvetlen értékelési módszerre és az összehasonlító módszerekre oszlik.

Lényeg közvetlen értékelési módszer abban rejlik, hogy a mért mennyiség értékét egy (közvetlen mérés) vagy több (közvetett mérés) műszer leolvasása alapján ítélik meg, előre kalibrálva a mért mennyiség egységeiben vagy más olyan mennyiségek egységeiben, amelyeken a mért mennyiség attól függ.

A direkt értékelési módszer legegyszerűbb példája egy mennyiség mérése egy eszközzel, amelynek skálája megfelelő mértékegységekkel van beosztva.

Az elektromos mérési módszerek második nagy csoportja az általános név alatt egyesül összehasonlítási módszerek. Ide tartoznak mindazok az elektromos mérési módszerek, amelyekben a mért értéket összehasonlítják a mérés által reprodukált értékkel. Így az összehasonlítási módszerek megkülönböztető jellemzője az intézkedések közvetlen részvétele a mérési folyamatban.

Az összehasonlítási módszerek a következőkre oszthatók: nulla, differenciális, helyettesítés és koincidencia.

A nulla módszer a mért érték és a mérés összehasonlításának módszere, amelyben az értékek mutatóra gyakorolt ​​hatásának eredő hatása nullára csökken. Így az egyensúly elérésekor egy bizonyos jelenség eltűnése figyelhető meg, például az áramkör egy szakaszában lévő áram vagy a rajta lévő feszültség, amelyet az erre a célra szolgáló eszközökkel - null indikátorokkal - rögzíthetünk. A null indikátorok nagy érzékenysége, valamint a mérések nagy pontossága miatt nagyobb mérési pontosság érhető el.

A nulla módszer alkalmazására példa lehet egy híd elektromos ellenállásának mérése annak teljes kiegyensúlyozásával.

Nál nél differenciális módszer, valamint nullával a mért mennyiséget közvetlenül vagy közvetve összehasonlítják a mértékkel, és az összehasonlítás eredményeként mért mennyiség értékét az e mennyiségek által egyidejűleg kiváltott hatások különbsége és az ismert érték reprodukálja. mérték szerint. Így a differenciális módszernél a mért érték tökéletlen kiegyensúlyozása következik be, és ez a különbség a differenciális módszer és a nulla módszer között.

A differenciális módszer egyesíti a közvetlen értékelési módszer néhány jellemzőjét és a nulla módszer egyes jellemzőit. Nagyon tud adni pontos eredmény méréseket, ha csak a mért mennyiség és a mérték alig tér el egymástól.

Például, ha e két mennyiség különbsége 1%, és legfeljebb 1%-os hibával mérik, akkor a kívánt mennyiség mérésének hibája 0,01%-ra csökken, ha a mérés hibáját nem vesszük figyelembe. . A differenciálmódszer alkalmazására példa a két feszültség különbségének voltmérővel történő mérése, amelyek közül az egyik nagy pontossággal ismert, a másik a kívánt érték.

Helyettesítő módszer abból áll, hogy felváltva mérjük meg a kívánt mennyiséget egy eszközzel, és ugyanazzal a készülékkel mérünk egy olyan mértéket, amely a mért mennyiséggel homogén mennyiséget reprodukál. Két mérés eredménye alapján kiszámítható a kívánt érték. Tekintettel arra, hogy mindkét mérést ugyanaz a műszer végzi, azonos külső körülmények között, és a kívánt értéket a műszerleolvasások aránya határozza meg, a mérési eredmény hibája jelentősen csökken. Mivel a műszerhiba általában nem ugyanaz különféle pontokat skála esetén a legnagyobb mérési pontosság ugyanazokkal a műszerértékekkel érhető el.

A helyettesítési módszer alkalmazására példa lehet egy viszonylag nagy mérése a vezérelt ellenálláson és egy referencia ellenálláson átfolyó áram felváltva történő mérésével. A mérés során az áramkört ugyanabból az áramforrásból kell táplálni. Az áramforrás és az áramot mérő készülék ellenállásának nagyon kicsinek kell lennie a változó és referencia ellenállásokhoz képest.

Match módszer olyan módszer, amelyben a mért érték és a mérés által reprodukált érték közötti különbséget skálajelek vagy periodikus jelek egybeesésével mérik. Ezt a módszert széles körben alkalmazzák a nem elektromos mérések gyakorlatában.

Ilyen például a hosszmérés. Az elektromos méréseknél egy példa a test forgási sebességének villogó fénnyel történő mérése.

Jelezzük mi is a mérések osztályozása a mért érték időbeli változása alapján. Attól függően, hogy a mért mennyiség idővel változik, vagy változatlan marad a mérési folyamat során, megkülönböztetünk statikus és dinamikus méréseket. A statikus mérések állandó vagy állandó értékek mérése. Ezek közé tartozik a mennyiségek effektív és amplitúdóértékeinek mérése, de állandósult állapotban.

Ha időben változó mennyiségek pillanatnyi értékeit mérjük, akkor a méréseket dinamikusnak nevezzük. Ha a dinamikus mérések során a mérőműszerek lehetővé teszik a mért mennyiség értékeinek folyamatos nyomon követését, az ilyen méréseket folyamatosnak nevezzük.

Lehetőség van egy mennyiség mérésére úgy, hogy megmérjük az értékeket bizonyos időpontokban t1, t2 stb. Ennek eredményeként a mért mennyiség nem minden értéke lesz ismert, hanem csak a kiválasztott időpontokban lévő értékek. Az ilyen méréseket diszkrétnek nevezzük.

ELEKTRONIKUS ÚTMUTATÓ

AZ "ELEKTROMOS MÉRNÖK" SZÁMÁRA

MÉRÉSEK"

Teljesített:

tanár CST Arkhipova N.A.

Kstovo 2015

Felülvizsgálta a PCC

villamosmérnöki tudományágak

"___"_________20___

_________ számú jegyzőkönyv

A PCC elnökeN.I. Fomochkina

Jóváhagyott

módszertaniról

tanács

"___"_________20___

a Módszertani Tanács elnökeE.A. Kostina

Oktatóanyag szakon tanuló hallgatóknak szánt 220703 Technológiai folyamatok és termelés automatizálása (iparonként) nappali tagozaton.

TARTALOM

BEVEZETÉS 4

1. szakasz. Állami rendszer a mérések egységességének biztosítása 5

1.1 témakör A mérések főbb típusai és módszerei, osztályozásuk 5

Téma 1.2.A mérőműszerek metrológiai mutatói 7

2. szakasz Elektromos mérési eszközök és módszerek 9

2.1. témakör Az elektromechanikus mechanizmusok és mérőáramkörök

eszközök 9

2.2. témakör Árammérő műszerek és módszerek 14

2.3. témakör Feszültségmérési műszerek és módszerek 18

2.4. témakör A teljesítmény és az energia mérésére szolgáló műszerek és módszerek 21

2.5 témakör Elektromos áramkörök paramétereinek mérésére szolgáló műszerek és módszerek 24

eszközök 28

3. szakasz Hullámforma-tanulmány 31

3.1. témakör Oszcilloszkópok 31

3.2. témakör A frekvencia és időintervallum mérésére szolgáló műszerek és módszerek 32

3.3 témakör A fáziseltolódás mérésére szolgáló műszerek és módszerek 35

BEVEZETÉS

Az akadémiai diszciplína célja és célkitűzései. Rövid tájékoztató az elektromos mérések fejlődéstörténetéből. Ennek a tudományágnak a kapcsolata más tudományágakkal.

A mérések elvégzése a világról való objektív tudás megszerzésének egyik fő eszköze, a felhalmozott kísérleti anyag pedigáltalánosítások alapja és létezésének törvényszerűségei megállapítása ésfejlesztés. A mérések végzésének ugyanakkor feltétel nélküli gyakorlata is vanérték nagyrészt mérési eredményeken és műszakin alapulfejlődés, valamint az egyes gazdasági egységek közötti interakciótevékenységek. Az összes mérés között az elektromos mérések különleges helyet foglalnak el az elektromos jelek univerzalitása miatt és a rendelkezésre állófeldolgozásuk és tárolásuk lehetőségei, gyakran mágneses ésnem elektromos mennyiségek, az átalakító kimeneti jele azmégpedig egy elektromos jel.

1. szakasz. Az egységet biztosító állami rendszer

mérések

1.1. témakör A mérések alaptípusai és módszerei, azok

osztályozás

Az elektromos mérőberendezések szerepe, jelentősége. A "mérés" fogalmának meghatározása. Fizikai mennyiségek mértékegységei. A mérési módszerek osztályozása és azok rövid leírása. Közvetlen és közvetett módszerek. Közvetlen értékelési és összehasonlítási módszerek (differenciál, nulla, helyettesítés). A mérőműszerek fogalma: villamos alapmennyiségek mérései, elektromos mérőműszerek, elektromos mérőberendezések, mérőátalakítók, információs rendszerek. Villamos mérőműszerek osztályozása és jelölése.

A műszaki mérőeszközök közé tartoznak a mérőeszközök, a mérőátalakítók, a mérőműszerek és a mérőrendszerek. A mérőátalakító egy olyan eszköz, amelyet arra terveztek, hogy a mért paramétert jellé alakítsa, amely alkalmas további távolsági átvitelre vagy vezérlőeszköz áramkörévé.

A konverterek elsődleges (érzékelők), közbenső, átviteli és skálaátalakítókra oszthatók. A mért mennyiséget bemenetnek, a transzformáció eredményét pedig kimeneti jelnek nevezzük.

Az elsődleges konvertereket arra tervezték, hogy fizikai mennyiségeket jelekké alakítsanak át, az átviteli és köztes konverterek pedig olyan jeleket állítanak elő, amelyek kényelmesek a távolsági átvitelhez és a regisztrációhoz.

A mérleg-átalakítók olyan konvertereket tartalmaznak, amelyek segítségével a mért mennyiség megváltozik adott szám alkalommal, azaz nem alakítanak át egyik fizikai mennyiséget a másikba.

A mérőműszer olyan eszköz, amely mérési információt generál a megfigyelő (kezelő) számára közvetlenül elérhető formában. A mérőeszközök két csoportra oszthatók.

Az első csoportba azok az analóg műszerek tartoznak, amelyek leolvasása a mért paraméter folyamatos függvénye.

A második csoportba a digitális eszközök tartoznak. A mért információ diszkrét jeleit állítják elő digitális formában.

Mérőrendszer mérőátalakítókat és műszereket integrál, emberi beavatkozás nélkül biztosítva a paraméterméréseket.

Az állami szabvány határozza meg az alkalmazást Nemzetközi rendszer egységek (SI) a tudomány és technológia minden területén.

Az SI hét alapegységből, két kiegészítő egységből és huszonhét fő származtatott egységből áll. Az alapegységek a következők: méter (m), kilogramm (kg), másodperc (s), amper (A), kelvin (K), mol (mol), kandela (cd).

Az SI kiegészítő mértékegységei a radiánt és a szteradánt tartalmazzák, az összes többi egység pedig származtatott. Például az erő mértékegysége, a newton (N), 1 m/s2 gyorsulást kölcsönöz egy 1 kg tömegű testnek; A nyomás mértékegysége a pascal (Pa), a nyomás mértékegysége olyan egyenletes eloszlású nyomás, amelynél a felületre merőleges 1 m2-re 1 N-nek megfelelő erő hat.

Minden mérés közvetlen és közvetett mérésekre oszlik. Közvetlen méréseknél a mért paraméter számértékét közvetlenül a mérőeszköz határozza meg: például hőmérsékletmérés hőmérővel vagy egy alkatrész lineáris méretei mérőműszerrel.

A közvetett mérések magukban foglalják a kívánt paraméter meghatározását a mért paraméterhez egy bizonyos funkcionális összefüggés alapján társított segédmennyiség közvetlen mérése alapján. Például egy test térfogatának meghatározása hossza, szélessége és magassága alapján, vagy hőmérséklet mérése egy ellenálláshőmérő elektromos vezetőképességének megváltoztatásával.

Önellenőrző kérdések

Mi a mérés?

Mi a mérési típusok osztályozása?

Mi a különbség a példaértékű mérőműszerek és a működő mérőeszközök között?

Hogyan osztályozzák és jelölik az elektromos és rádiós mérőműszereket?

Téma 1.2. Mérőműszerek metrológiai mutatói

A hibák típusai, osztályozásuk a numerikus kifejezés formája, az előfordulás mintája, a megvalósítás valószínűsége szerint.

Szisztematikus hibák, hozzárendelésük és értékelésük. Véletlenszerű hibák, előfordulásuk forrásai. A hibaeloszlás törvényei. Jellemzők normális eloszlás. A hibák azonosítása.

Hibák, mint a mérőműszerek jellemzői. A hibák típusai és előfordulásuk fő okai. A műszerhiba meghatározása a készülék pontossági osztálya alapján. Elektromos mérőeszköz határértéke, osztásértéke, érzékenysége. Az elektromos mérőműszerek vizsgálatának jellemző módszertana. Általános információk a mérési eredmények feldolgozásához.

Minden mérésnek rendszer szerint kell történnie: tervezés, mérések elvégzése, mérési eredmények matematikai feldolgozása. A feldolgozás során ügyeljen a hibák azonosítására. Nagyon fontos megtanulni, hogyan kell kiszámítani az eredő hibát, hogyan összegezhetők a szisztematikus és véletlenszerű hibák, és hogyan határozható meg az eredő hiba adott valószínűségi szint mellett.

Az okoktól függően a hibákat öt csoportra osztják: a mérési módszer hibái, a műszerhibák, az eszköz beállításai és a mérési objektummal való kölcsönhatása, a dinamikus és a szubjektív hibák.

A mérési módszerek hibái egy választott mérési terv eredménye, amely nem szünteti meg az ismert hibaforrásokat.

A műszeres hibák a mérőeszközök tökéletlenségeitől, azaz a mérőeszköz alkatrészeinek gyártási hibáitól függenek.

A mérőműszerek beállítási hibáit az üzemi feltételek határozzák meg. Hibák léphetnek fel az eszköz és a mért tárgy interakciója során; például olyan hibák, amelyeket a mérőerőnek a mért alkatrész deformációjára gyakorolt ​​hatása okoz.

Dinamikus hibák lépnek fel a mért mennyiség konvertálásakor. A dinamikus hibák a mért paraméter változásának tehetetlensége következtében jelennek meg.

A szubjektív hibák a kezelő korlátozott fizikai képességei miatt jelennek meg.

A működési feltételektől függően kétféle hiba különböztethető meg: alapvető és kiegészítő.

A fő hibák a mérőeszköz normál működési körülményei között jelentkeznek, amikor a hatást külső tényezők minimális.

A további hibákat a zavaró külső tényezők hatása okozza normál körülmények között a készülék működése, például a környezeti hőmérséklet vagy nyomás változása miatt.

Ha az abszolút hibaérték a mért paraméter valódi A0 értékéhez rendelve megkapjuk a relatív hibát , azaz

= / A0.

Abszolút hibaarány a műszer skála tartományáhozNcsökkentett relatív hibának nevezzük.

Önellenőrző kérdések

Milyen szempontok szerint osztályozzák a hibákat?

Miben tér el a relatív hiba a megadotttól?

Milyen mutatókat használnak a véletlenszerű hibák jellemzésére?

Hogyan lehet azonosítani a „hiányt” számos mérési eredményből?

Mi a különbség az egyenlő pontosságú és az egyenlőtlen pontosságú mérések között?

Mi az indirekt mérések eredményeinek feldolgozásának módszertana?

Hogyan kiszámítja a kapott hibát?

1.OPCIÓ

Kérdések

1. Mi az abszolút hiba?

egy mennyiség mért és tényleges értéke közötti különbség

2 . Mekkora a készülék érzékenysége?

szemléletváltás

ez a mért érték mértékegységeinek száma a műszerskála egy osztásánként

3 . Az olvasási tartomány az

skálaértékek tartománya, amelyet a skála végső és kezdeti értéke korlátoz

amely normalizálja a mérőműszer megengedett hibáit

4 . Mi az SI kalibráció?

a metrológiai jellemzők tényleges értékeinek meghatározására végzett műveletek sorozata

a mérések egységességének biztosítását célzó műveletek és munkatípusok összessége.

5 . Csökkentett hiba

az abszolút hiba és a tényleges érték aránya százalékban kifejezve

az abszolút hiba és a standard érték aránya százalékban kifejezve

különbség egy mennyiség mért és tényleges értéke között

2. LEHETŐSÉG

Kérdések

1 . Mi a relatív hiba?

az abszolút hiba és a standard érték aránya százalékban kifejezve

különbség egy mennyiség mért és tényleges értéke között

az abszolút hiba és a tényleges érték aránya százalékban kifejezve

2.Mi a készülék felosztási ára?

a mért érték mértékegységeinek száma a műszerskála egy osztására vonatkoztatva

szemléletváltás

kimeneti jelet a mért érték változására, amely azt okozta

skálaértékek tartománya, amelyet a skála végső és kezdeti értéke korlátoz

3 . A műszerleolvasások eltérése az

különbség egy mennyiség mért és tényleges értéke között

a legnagyobb eltérés a mért mennyiség azonos értékénél

4 . A mérési tartomány az

a mért érték értéktartománya, foramely normalizálja a készülék megengedett hibáit

különbség egy mennyiség mért és tényleges értéke között

műszer skálaértékek tartománya, amelyet a végső és kezdeti skálaértékek korlátoznak

5 . Mi az SI ellenőrzés?

az MX tényleges értékeinek meghatározására végzett műveletek sorozata.

a mérések egységességének biztosítását célzó műveletek és munkatípusok összessége

a mérőműszerek metrológiai követelményeknek való megfelelőségének igazolására végzett műveletek sorozata

2. szakasz Elektromos mérési eszközök és módszerek

2.1. témakör Mechanizmusok és mérőáramkörök

elektromechanikus eszközök

Magnetoelektromos, elektromágneses, elektrodinamikus, ferrodinamikai, elektrosztatikus, indukciós rendszerek mérési mechanizmusai. Különféle elektromos mérőmechanizmusok létrehozásának általános elve. Az elektromechanikus eszközök működési elve. A mérőáramkörök fogalma. Elektromos mérőműszerek mérőköre: voltmérők, ampermérők, wattmérők. Az eszközökre alkalmazott szimbólumok.

A magnetoelektromos eszköz fő funkcionális része a mérőmechanizmus. SzerkezetilegmagnetoelektromosgépezetteljesítettvagyVal velMobiltekercs (keret),akár azzalMobilmágnes.E csoportok közül az elsőt szélesebb körben használják.

A magnetoelektromos mechanizmus működési elve egy állandó mágnes és egy tekercs (keret) mágneses mezőinek kölcsönhatásán alapul, amelyen az áram folyik. Az ellennyomaték mechanikusan és elektromágnesesen hozható létre.

Magnetoelektromos eszközöket használnak: 1) ampermérők és voltmérők áramok és feszültségek mérésére egyenáramú áramkörökben (e célokra más csoportok készülékeit használják ritka esetekben); 2) ohmmérők; 3) egyenáramú galvanométerek, amelyeket nulla indikátorként, valamint kis áramok és feszültségek mérésére használnak; 4) kis mennyiségű villamos energia mérésére használt ballisztikus galvanométerek; 5) váltóáramú áramkörök mérésére szolgáló műszerek: a) gyors folyamatok megfigyelésére és rögzítésére használt oszcillografikus galvanométerek; b) vibrációs galvanométerek, amelyeket főként a váltakozó áram nulla mutatóiként használnak; c) AC-DC átalakítót tartalmazó egyenirányító, termoelektromos és elektronikus eszközök.

Előnyök A magnetoelektromos eszközök a következők: 1) nagy érzékenység; 2) nagy pontosság; 3) alacsony saját energiafogyasztás; 4) egységes skála; 5) a külső mágneses mezők alacsony hatása.

NAK NEK hiányosságait a magnetoelektromos eszközök közé tartoznak: 1) alacsony túlterhelési kapacitás; 2) összehasonlítva összetett kialakítás; 3) Alkalmazás konverterek hiányában csak egyenáramú áramkörökben.

Az elektromágneses eszköz fő része az elektromágneses IM. ElvAz elektromágneses mérőmechanizmus működése az áramvezető vezető és a ferromágneses mag által létrehozott mágneses tér kölcsönhatásán alapul.

Jelenleg alkalmazva nagy szám különféle típusok elektromágneses eszközök, amelyek eltérő rendeltetésűek, az IM kialakítása, tekercsek és magok alakja stb.

A mozgó rész tehetetlenségétől vagy saját rezgésének frekvenciájától függően minden elektromágneses eszköz két csoportra osztható: rezonáns és nem rezonáns. A rezonánsok csak váltakozó árammal működnek.A nem rezonáns eszközökben a mozgó rész tehetetlenségi nyomatéka jelentős, a mozgó rész elmozdulása pedig arányos az effektív áramérték négyzetével.

Mindkét eszközcsoport két alcsoportra oszlik: polarizált és nem polarizált. A polarizált készülékekben a mágnesező tekercsen kívül állandó mágnes is található. A polarizált nem rezonáns eszközök nem rendelkeznek nagy pontossággal. A rezonáns készülékek közül elsősorban a nád-hertzmérőket alkalmazzák.

A mágneses áramkör jellegétől függően a nem rezonáns eszközöket mágneses áramkörrel rendelkező eszközökre osztják, amelyeket hagyományosan zártnak neveznek, és mágneses áramkör nélküli eszközökre. A mágneses maggal rendelkező eszközök alacsonyabb belső energiafogyasztással rendelkeznek, ugyanakkor jelentős hibák fordulnak elő az örvényáramok és a hiszterézis miatti veszteségek miatt a mágneses magban.A mágneses mag nélküli eszközök kis belső mágneses mezővel rendelkeznek, és a leolvasások nagyobb mértékben függenek a külső mágneses mezők hatásától éslehetővé teszi nagy pontosságú eszközök létrehozását egyen- és váltakozó árammal történő működéshez. Ezeket az eszközöket taszító és visszahúzó eszközökre osztják. Az első típusú készülékekben a tekercs belsejében található ferromágneses magok ugyanúgy mágnesezve vannak, és taszítják egymást

Elektrodinamikus MItartalmazzarögzített és mozgó tekercsrendszerek (keretek), állványok, rugalmas elemek, csappantyú, leolvasó készülék, mágneses védőeszközök. A tekercsek kerek vagy téglalap alakúak. A kerek tekercsek a téglalap alakúhoz képestnövekedésérzékenység 15-20%-kal. Téglalap alakú tekercsekkel ellátott készülékekkisebbek legyeneka készülék függőleges méretei.

A ferrodinamikai eszközök ferrodinamikai mérőmechanizmuson alapulnak. A ferrodinamikai mérőmechanizmus működési elve azban benkölcsönhatásmágneseskét áramerősségű vezetőrendszer mezői, és lényegében az elektrodinamikai mechanizmusok egyik fajtája. Különbségvanabban, hogy az érzékenység növelése érdekében az MI lágy mágneses anyagból készült mágneses magot tartalmaz.Elérhetőségmágneses áramkörsokkalnövelimágnesesmező a munkarésben, és ezzel egyidejűleg a nyomaték növekszik.

Az elektrosztatikus műszerek elektrosztatikus mérőmechanizmus alapján épülnek fel, amely képviseliegy mobil rendszerÉshelyhez kötöttelektródák.Alattakciófeszültség az elektródákra,a mozgatható elektródák eltérnek az állókhoz képest. Az elektrosztatikus IM-ekben a mozgó rész eltérése a kapacitás változásával jár.

Az elektrosztatikus eszközökre jellemzőek: 1) nagyon kicsiksaját energiafogyasztás egyenáramnál és alacsony frekvencián. Ez azzal magyarázható, hogy ezt csak egy rövid ideig tartó töltőáram és nagyon kis szivárgóáramok áramlása okozza a szigetelésen. Váltakozó áramon az energiafogyasztás is alacsony az IM kis kapacitása és a kis dielektrikum miattveszteségVelkülönítés;2) szélesfrekvenciahatótávolság(20 Hz-től 35 MHz-ig); 3) a leolvasások alacsony függése a mért feszültséggörbe alakjának változásaitól; 4) DC és AC áramkörökben való felhasználásuk lehetősége közvetlen méréshez magasfeszültség(300 kV-ig) mérőfeszültség transzformátorok használata nélkül. Ezzel együtt az elektrosztatikus eszközöknek vannak hátrányai is: erősen befolyásolják őket a külső elektrosztatikus mezők, alacsony a feszültségérzékenységük, egyenetlen a skála, amelyet az elektródák alakjának megválasztásával kell szintezni stb.

Az elektrosztatikus eszközök pontossága speciális tervezési és hibacsökkentési technológiai intézkedések alkalmazásával érhető el. Jelenleg 0,2 pontossági osztályú hordozható eszközöket fejlesztettek ki; 0,1 és 0,05.

Szerkezeti indukciós mérőmechanizmusegy vagy több álló elektromágnesből és egy mozgó részből áll, amely általában egy tengelyre szerelt alumínium korong formájában készül. Változó mágneses fluxusok irányítvamerőleges a korong síkjára, átszúrva az utóbbit,örvényáramot indukálni benne. Az áramlások kölcsönhatása a lemezben lévő áramokkal a mozgó rész mozgását okozza.

A mágneses fluxusok számától függőena mozgó részt keresztezve lehetnek egymenetesek vagy többmenetesek. Az egyáramú indukciós mechanizmusokat jelenleg nem alkalmazzák a méréstechnikában.

Az elektromágneses, elektrodinamikus és ferrodinamikai rendszerek eszközeinek tanulmányozása során figyelni kell arra, hogy ezek a készülékek a működési elv szerint egyen- és váltóáramú körökben egyaránt alkalmasak mérésre.

Önellenőrző kérdések

1. Írja fel és magyarázza meg a jelzőkészülék mozgó alkatrészének statikus egyensúlyi állapotát és skálájának egyenletét!

2. Hogyan jönnek létre ellensúlyozó momentumok a jelzőműszerekben?

3. Mekkora a készülék saját energiafogyasztása, milyen hatással lehet a mérési eredményekre?

4. Melyek a magnetoelektromos rendszerű készülék működési elvei és felépítése?

5. Mik az elektromágneses, elektrodinamikus és elektrosztatikus rendszerek készülékeinek működési és tervezési elvei?

6. Hogyan épülnek fel egy magnetoelektromos rendszer logométerei és mi a működési elve?

7. Milyen módszerekkel bővítik a műszerek mérési határait? különféle rendszerek?

2.2. témakör Árammérő műszerek és módszerek

Jelenlegi mérési módszerek. Felépítés, működési elv, műszaki jellemzők, fajták, az ampermérők főbb típusainak alkalmazási köre, árambilincsek. Mérési határok kiterjesztése áramváltókkal és söntekkel. Kombinált műszerek alkalmazása árammérésre. Árammérő eszköz kiválasztása, áramkörbe kapcsolása, mérése, mérési eredmény feldolgozása.

Az árammérés előtt ismernie kell annak frekvenciáját, alakját, várható értékét, a szükséges mérési pontosságot és annak az áramkörnek az ellenállását, amelyben a mérés történik. Ez az előzetes információ lehetővé teszi

válassza ki a legmegfelelőbb mérési módszert és mérőeszközt. Az áram és feszültség mérésére a közvetlen értékelési módszert és az összehasonlító módszert alkalmazzuk. Bármely áramkör áramméréséhez egy ampermérőt sorba kell kötni az áramkörrel.

Árammérő úgy terveztéka belső ellenállás a lehető legkisebb volt. Ezért ha nem sorosan, hanem a terheléssel párhuzamosan kapcsolja be, akkor a körülmények kiszámíthatatlanok lehetnek.Pontosan a belső alacsony ellenállás miatt nagy áram fog átfolyni az ampermérőn, ami a készülék kiégéséhez vagy a vezetékek kiégéséhez vezet.

Árammérő– elektromos áramkörben lévő egyen- és váltakozó áram erősségének meghatározására szolgáló mérőeszköz. Az ampermérő leolvasása teljes mértékben a rajta átfolyó áram nagyságától függ, ezért az ampermérő ellenállásának a terhelési ellenálláshoz képest a lehető legkisebbnek kell lennie. Tervezési jellemzőik szerint az ampermérőket magnetoelektromos, elektromágneses, termoelektromos, elektrodinamikus, ferrodinamikai és egyenirányítósra osztják.

A mágneses ampermérőket az egyenáramú áramkörök alacsony áramának mérésére használják. Ezek egy magnetoelektromos mérőmechanizmusból és egy skálából állnak, amelynek megfelelő felosztása van különböző jelentések mért áram.

ElektromágnesesampermérőkAz egyenáramú és váltóáramú áramkörökben folyó áram erősségének mérésére szolgálnak. Leggyakrabban ipari frekvenciájú (50 Hz) váltakozó áramú áramkörökben használt erő mérésére. Egy mérőmechanizmusból állnak, amelynek skálája a készülék tekercsén átfolyó áram mértékegységeiben van megjelölve. A tekercs készítéséhez nagy keresztmetszetű vezetéket használhat, és ezért nagy áramerősséget mérhet (200 A felett).

Termoelektromosampermérőknagyfrekvenciás váltóáramú áramkörökben történő mérésekhez használják. Egy érintkezős vagy érintésmentes átalakítóval ellátott magnetoelektromos eszközből állnak, amely egy vezető (fűtő), amelyre hőelem van hegesztve (lehet, hogy bizonyos távolságra van a fűtőelemtől, és nem érintkezik vele közvetlenül). A fűtőelemen áthaladó áram hatására felmelegszik (az aktív veszteségek miatt), amit egy hőelem rögzít. A keletkező hősugárzás a magnetoelektromos árammérő keretére hat, amely az áramkörben lévő áramerősséggel arányos szögben tér el.

Az elektrodinamikus ampermérőket nagyfrekvenciás (legfeljebb 200 Hz-es) DC és AC áramkörökben történő áram mérésére használják. Az eszközök nagyon érzékenyek a túlterhelésre és a külsőre mágneses mezők. Vezérlőeszközként használják a működő árammérők ellenőrzésére. Elektrodinamikus mérőmechanizmusból állnak, melynek tekercsei a legnagyobb mért áram értékétől függően sorba vagy párhuzamosan kapcsolódnak, és egy fokozatos skálából. Az áramerősségek mérésénél alacsony szilárdságú a tekercsek sorba vannak kötve, a nagy pedig párhuzamosan.

A ferrodinamikus ampermérők tartósak és megbízhatóak, és érzéketlenek a külső mágneses mezőkre. Ferrodinamikai mérőberendezésből állnak, és főként automatikus vezérlőrendszerekben használják felvevő ampermérőként.

Minden ampermérő a mért érték egy bizonyos maximális értékére számítva. De gyakran előfordulnak olyan helyzetek, amikor egy bizonyos mennyiséget kell mérni, amelynek értéke meghaladja a készülék mérési határait. Ennek a készüléknek a mérési határai azonban mindig bővíthetők. Ehhez az ampermérővel párhuzamosan egy vezetőt kell csatlakoztatni, amelyen a mért áram egy része áthalad. Ennek a vezetőnek az ellenállását úgy kell kiszámítani, hogy az ampermérőn áthaladó áram ne haladja meg a maximumát megengedett érték. Ezt az ellenállást söntellenállásnak nevezzük. Az ilyen műveletek eredménye az lesz, hogy ha egy ampermérőt, amelyet például 1 A-ig terjedő áramra terveztek, 10-szer nagyobb áramot kell mérni, akkor a sönt ellenállásának 9-szer kisebbnek kell lennie, mint az áramerősség ellenállása. árammérő. Természetesen ebben az esetben a kalibrálás költsége 10-szeresére nő, és ugyanennyivel csökken a pontosság.

Az ampermérő mérési határának bővítéséhez (ink alkalommal) az egyenáramú áramkörökben sönt ellenállásokat használnak, amelyek párhuzamosak az ampermérővel.

Az ampermérő skálákat általában közvetlenül az áram mértékegységeiben kalibrálják:

amper, milliamper vagy mikroamper. A laboratóriumi gyakorlatban gyakran több határértékes ampermérőt használnak. Az ilyen készülékek házán belül több különböző sönt van elhelyezve, amelyek mérési végálláskapcsolóval párhuzamosan kapcsolódnak a kijelzőhöz. A többlimitű műszerek előlapján a mérési végálláskapcsoló adott helyzetében mérhető maximális áramértékek láthatók. A skálaosztás ára (ha a készülék egyetlen mérleggel rendelkezik) méréshatáronként eltérő lesz. A több tartományú műszerek gyakran több skálával rendelkeznek, amelyek mindegyike egy adott mérési határértéknek felel meg.

Önellenőrző kérdések

Hogyan mérjük az áramerősséget?

Mi az ampermérő?

Az ampermérők fő típusai

Hogyan csatlakozik az ampermérő?

A söntök célja

Problémák megoldása az „Árammérési eszközök és módszerek” témában

1.OPCIÓ

1. feladat.

A 0,28 ohm belső ellenállású ampermérő skálája 50 osztású. osztási árral 0,01 A / osztás. Határozza meg az osztási árat és a mért áram maximális értékét 0,02 Ohm ellenállású sönt csatlakoztatásakor.

2. feladat.

Az 5 Ohm ellenállású MI skála 100 osztásra van osztva. A felosztás értéke

0,2 mA/oszt. Ebből a mechanizmusból 10A ampermérőt kell készíteni. Hogyan kell csinálni? Mekkora áramot fog mérni az ampermérő az áramkörben, ha a tű 35 osztással tér el?

3. feladat.

Határozza meg az 5 Ohm belső ellenállású ampermérő mérési határának 4 mA névleges értékéről 15 A-re történő bővítéséhez szükséges söntellenállás értékét.

2. LEHETŐSÉG

1. feladat.

A 2 Ohm belső ellenállású MI skála 150 osztásra oszlik. Osztó ára 0,2 mA/oszt. Ebből a mechanizmusból 15A ampermérőt kell készíteni. Hogyan kell csinálni?

Mekkora áramerősséget mér az ampermérő, ha a tű 20 osztással tér el?

2. feladat.

Határozza meg a sönt ellenállás értékét egy 0,58 Ohm belső ellenállású ampermérő mérési határának 5A névleges értékről 150A értékre való bővítéséhez.

3. feladat.

5A névleges ampermérőre, 0,6 Ohm belső ellenállással és 10 osztású skálával. 0,025 Ohm ellenállású sönt van csatlakoztatva. Az áramerősség mérésénél a tű 8 osztással tért el. Határozza meg az áramkör áramát ampermérővel mérve.

2.3. témakör Feszültségmérési műszerek és módszerek

Feszültségmérési módszerek. Készülék, működési elv, műszaki jellemzők, fajták, alkalmazási terület: elektromechanikus voltmérők, elektronikus voltmérők, digitális voltmérők, kompenzátorok. Kombinált műszerek alkalmazása feszültségmérésre. Feszültségmérő eszköz kiválasztása, áramkörbe kapcsolása, mérése, mérési eredmény feldolgozása.

A feszültség mérésére voltmérőket használnak. A feszültségmérőket párhuzamosan kell csatlakoztatni az áramkör azon szakaszához, ahol a feszültséget mérni kell. Annak érdekében, hogy az eszköz ne használjon nagy áramot, és ne befolyásolja az áramkör feszültségét, a tekercsének nagy ellenállással kell rendelkeznie. Minél nagyobb a voltmérő belső ellenállása, annál pontosabban méri a feszültséget. Ebből a célból a voltmérő tekercset nagyszámú vékony huzalból készítik. A voltmérők mérési határainak bővítésére további ellenállásokat használnak, amelyek sorba vannak kötve a voltmérőkkel. Ebben az esetben a hálózati feszültség eloszlik a voltmérő és a kiegészítő ellenállás között. A járulékos ellenállás értékét úgy kell megválasztani, hogy a megnövelt feszültségű áramkörben ugyanaz az áram menjen át a voltmérő tekercsén, mint a névleges feszültségnél.

A legtöbb A jelenleg használt helyhez kötött mérőeszközök klasszikus analóg elektromechanikus eszközök. Üzemi és metrológiai jellemzőik elegendőnek tekinthetők a műszaki mérések főbb problémáinak megoldásához. Ezeknek az eszközöknek a pontossági osztálya 0,1 és 4% között van.

Működési elveelektromechanikus mérőműszerekátalakuláson alapul elektromos energia bemeneti jel mechanikai energiává szögletes mozgás az olvasókészülék mozgó része. Ezenkívül az elektromechanikus eszközök az önálló használat mellett más elektronikus analóg eszközök kimeneti eszközeiként is használhatók.

BAN BENelektromechanikus eszközök valósítják meg a különböző fizikai elvek, amely lehetővé teszi a mért karakterisztika értékének a mutató arányos eltérésévé konvertálását. Bármilyen típusú elektromechanikus eszköz kialakítása ábrázolható az űrlapon soros csatlakozás bemeneti áramkör, mérőeszköz és olvasókészülék.

Az elektromechanikus mérőműszerek különféle rendszerei, kialakításai és áramkörei közül a következő fő osztályok jegyezhetők meg: magnetoelektromos, egyenirányítós, termoelektromos, elektromágneses, elektrodinamikus, elektrosztatikus, indukciós.

Az elektronikus voltmérők egy elektronikus átalakító kombinációjaés mérőműszer. Az elektromechanikus csoport voltmérőitől eltérően az egyenáramú és váltakozó áramú elektronikus voltmérők nagy bemeneti ellenállással és érzékenységgel, széles mérési határokkal és frekvenciatartománnyal (20 Hz-től 1000 MHz-ig), valamint alacsony áramfelvétellel rendelkeznek a mérőáramkörből.

Az elektronikus voltmérőket számos jellemző szerint osztályozzák:

cél szerint - közvetlen, váltakozó és impulzusfeszültség voltmérői; univerzális, fázisérzékeny, szelektív;

mérési módszerrel - közvetlen értékelő eszközök és összehasonlító eszközök;

a mért feszültségérték jellege szerint - amplitúdó (csúcs), az átlagos egyenirányított érték négyzetes középértéke;

frekvenciatartomány szerint - alacsony frekvencia, magas frekvencia, ultra-magas frekvencia.

Ezenkívül az összes elektronikus eszköz két részre osztható nagy csoportok: analóg elektronikus eszközök tárcsa kiolvasással és diszkrét típusú eszközök digitális kiolvasással.

A feszültségmérők – rendeltetésüktől függetlenül – bekapcsoláskor nem zavarhatják meg a mért tárgy áramkörének működési módját; kis mérési hiba biztosítása, miközben kiküszöböli a külső tényezők hatását a készülék működésére, nagy érzékenység mérések az optimális határon, gyors rendelkezésre állás és nagy megbízhatóság.

A feszültségméréseket végző műszerek kiválasztását számos tényező kombinációja határozza meg, amelyek közül a legfontosabbak: a mért feszültség típusa; a mért mennyiség közelítő frekvenciatartománya és amplitúdótartománya; a mért feszültséggörbe alakja; annak az áramkörnek a teljesítménye, amelyben a mérést végzik; a készülék energiafogyasztása; lehetséges mérési hiba.

Kis teljesítményű DC és AC áramkörökben általában digitális és analóg elektronikus voltmérőket használnak a feszültség mérésére. Ha nagyobb pontosságú feszültségmérés szükséges, akkor olyan műszereket kell használni, amelyek működése összehasonlítási módszereken, különösen a kontrasztos módszeren alapul.

A modern digitális voltmérők mikroprocesszoros egységeket tartalmaznak, és billentyűzettel vannak felszerelve, amely lehetővé teszi a mérési folyamat automatizálását, adott program szerinti végrehajtását, a mérési eredmények szükséges feldolgozását, valamint a készülék funkcionalitásának bővítését. Alakítsa át multiméterré, amellyel nem csak egyenfeszültséget, hanem sok más mennyiséget is mérhet: váltakozó feszültség, ellenállás, kapacitás, frekvencia stb.

Önellenőrző kérdések

Hogyan lehet feszültséget mérni?

Hogyan osztályozzák az elektronikus voltmérőket?

Sorolja fel a digitális voltmérők fő blokkjait!

Hogyan történik a feszültségmérő műszerek kiválasztása?

Melyek a csúcs- és alaktényezők szinuszos feszültség esetén?

Húz kapcsolási rajzok voltmérők lineáris, csúcs és négyzettörvényű detektorokkal.

Milyen típusúak a digitális voltmérők blokkdiagramjai?

2.4. témakör A teljesítmény és az energia mérésére szolgáló műszerek és módszerek

Teljesítmény és elektromosság mérési módszerei. Készülék, működési elv, műszaki jellemzők, típusok, alkalmazási kör: wattmérők és villamosenergia-mérők. Teljesítmény és elektromosság mérésére szolgáló műszerek kiválasztása, áramkörbe kapcsolása, mérése, mérési eredmények feldolgozása. Mérési határok bővítése.

Az egyenáramú teljesítmény kifejezéséből P =IULátható, hogy a teljesítmény mérhető ampermérővel és voltmérővel közvetett módszerrel. Ebben az esetben azonban egyidejűleg két műszerről kell leolvasást és számítást végezni, ami bonyolítja a méréseket és csökkenti a pontosságát.

Az egyen- és egyfázisú váltóáramú áramkörökben a teljesítmény mérésére wattmérőknek nevezett műszereket használnak, amelyekhez elektrodinamikus és ferrodinamikai mérőmechanizmusokat alkalmaznak.

Az elektromos áramkörökben a teljesítmény mérése közvetlen és közvetett módszerekkel történik. Közvetlen méréshez wattmérőt, közvetett méréshez ampermérőt és voltmérőt használnak.

Az elektromos mérőműszereket az áramellátó rendszerekben használják. A legalkalmasabbak az ampermérők, voltmérők, teljesítménymérők (wattmérők és varméterek), aktív és meddő energiamérők. Az elektromos mennyiségek mérésére szolgáló eszközök kiválasztásakor figyelembe kell venni az áram típusát - egyen vagy váltakozó.

Az aktív teljesítmény mérésére wattmérőket használnak. A wattmérőknek két mérőtekercse van, áram és feszültség. A tekercsek által termelt nyomaték arányos a rajtuk átfolyó áramokkal.

A villamosenergia-fogyasztás mérésére egyfázisú vagy háromfázisú villamosenergia-mérőket használnak. Ezek az eszközök indukciós mérőmechanizmussal rendelkeznek.

Wattmérő- olyan mérőeszköz, amelynek célja, hogy meghatározza az elektromos áram által egységnyi idő alatt végzett munkát az áram bármely vezetőn való áthaladásához (teljesítmény meghatározása elektromos áram vagy elektromágneses jel).

A wattmérő meg tudja határozni azt a wattszámot, amely egy bizonyos mennyiségű elektromos fény előállításához szükséges minden másodpercben, vagy meghatározhatja egy elektromos eszköz által időegységenként végzett munka mennyiségét. Az elektromos készülék által időegység alatt végzett munka (teljesítménye) wattban van meghatározva, és az adott típusú elektromos fogyasztó által fogyasztott amperek számának (áramerősségnek) a potenciálkülönbség (+ -) szorzata. az áramkör ezen részének végei, voltban mérve.

Az elektromos áram teljesítményének meghatározására és használatosakwattmérők, amelyek nem mások, mint egy elektrodinamométer. Az áthaladó áram két részre oszlik, amelyek közül az egyik tulajdonképpen a vezérlés, a második pedig a kísérlet, a kísérleti részen az ellenállás megváltoztatása és a kimeneti potenciálkülönbség mérése, valamint az elektromos áram teljesítményének meghatározása.

Cél és frekvenciatartomány szerintwattmérők három fő kategóriába sorolható:
– alacsony frekvenciájú (és egyenáramú);
- rádiófrekvencia;
– optikai.

A rádiós wattmérőket rendeltetésük szerint két típusra osztják: átvitt teljesítményre, amely a távvezeték megszakítására van kötve, és felvett teljesítményre, amely a vezeték végére csatlakozik, illesztett terhelésként. A mérési információk funkcionális átalakítási módjától és a felhasználóhoz történő kimenetétől függően a wattmérők analógok (megjelenítés és rögzítés) és digitálisak lehetnek.

Alacsony frekvenciaju wattmérők elsősorban ipari frekvenciás táphálózatokban használják az energiafogyasztás mérésére, lehetnek egyfázisúak vagy háromfázisúak. Külön alcsoportot alkotnak a varméterek - meddőteljesítménymérők. A digitális műszerek általában kombinálják az aktív és meddő teljesítmény mérési képességét.

Rádiófrekvencia wattmérők a rádiós wattmérők igen nagy és széles körben használt alcsoportját alkotják. Ennek az alcsoportnak a felosztása elsősorban a különféle típusú primer konverterek használatához kapcsolódik. A gyártott wattmérők termisztoron, hőelemen vagy csúcsérzékelőn alapuló átalakítókat használnak; Sokkal ritkábban használnak más elveken alapuló érzékelőket. Az elnyelt teljesítményű wattmérőkkel végzett munka során emlékezni kell arra, hogy a vevő érzékelők bemeneti impedanciája és a vonal karakterisztikus impedanciája közötti eltérés miatt az energia egy része visszaverődik, és a valóságban a wattmérő nem méri a tényleges teljesítményt. a vonal, hanem az elnyelt teljesítmény, ami eltér a ténylegestől.

A termisztoros átalakító működési elve a termisztor ellenállásának a fűtési hőmérsékletétől való függésén alapul, ami viszont a hozzá továbbított jel disszipált teljesítményétől függ. A mérést úgy végezzük, hogy a termisztorban disszipált és azt felfűtött mért jel teljesítményét egy alacsony frekvenciájú áram teljesítményével hasonlítjuk össze, ami a termisztor azonos melegítését okozza. A termisztoros wattmérők hátrányai közé tartozik a kis érzékelési tartomány - néhány milliwatt.

Az egyenáramú feszültség mérési határainak kiterjesztése további ellenállások - söntök - segítségével történik. Váltakozó áramon történő méréskor a határértékek kibővítésre kerülnek áram- és feszültségváltókkal. Ebben az esetben gondoskodni kell arról, hogy a wattmérő generátorkapcsai megfelelően legyenek csatlakoztatva.
A háromfázisú háromvezetékes hálózatokban a teljesítménymérés két egyfázisú wattmérővel történik, amelyek két fázisban vannak csatlakoztatva.
A mérési határértékek kiterjesztése áram- és feszültségtranszformátorokkal történik. Ugyanezen hálózatokban háromfázisú wattmérőt használnak a teljesítmény mérésére.
A háromfázisú négyvezetékes hálózatokban az aktív teljesítmény mérése három egyfázisú wattmérővel vagy egy háromelemes wattmérővel történik.
Az egyfázisú hálózatok meddőteljesítményét egy, az áramkörnek megfelelően csatlakoztatott wattmérővel, a háromfázisú hálózatokban pedig három wattmérővel mérik.

Önellenőrző kérdések

Adjon definíciókat és analitikai kifejezéseket az aktív és meddő teljesítményre.

Milyen módszerek vannak az aktív teljesítmény mérésére egyenáramú és egyfázisú váltakozó áramú áramkörökben?

Rajzolja fel a meddőteljesítmény-mérő diagramját!

Milyen módszereket alkalmaznak az eszközök mérésére?
új teljesítmény és energia háromfázisú áramkörökben?

2.5 témakör Elektromos áramkörök paramétereinek mérésére szolgáló műszerek és módszerek.

Ellenállás mérés. Ohmmérők. Voltmérő és ampermérő módszer: csatlakozási áramkörök, előnyeik és hátrányaik. A módszer hibái. Híd áramkörök. Egyenáramú híd elmélet. Kettős híd.

Kondenzátorok és induktivitások paramétereinek mérése. Híd áramkörök. Rezonáns áramkörök. Mérések helyettesítési módszerrel. Mérési hibák.

Az ellenállás mérésére a tárgyak természetétől és a mérési feltételektől függően különféle módszereket alkalmaznak (például szilárd és folyékony vezetők, földelő vezetékek, elektromos szigetelés); a mérés pontosságára és sebességére vonatkozó követelményekről; a mért ellenállások értékén. A hidak elméletének tanulmányozásakor meg kell érteni azokat az okokat, amelyek megakadályozzák egyetlen egyenáramú híd alkalmazását alacsony ellenállások mérésére. Tekintsük a kettős híd elméletét. Az összekapcsolt áramhidak elméletében olyan egyensúlyi feltételeket kell figyelembe venni, amelyek eltérnek az egyenáramú hidak egyensúlyi feltételeitől.

A kis ellenállások mérési módszerei jelentősen eltérnek a módszerektőlnagy ellenállások mérése, mivel az első esetben intézkedéseket kell hozni a csatlakozó vezetékek és az átmeneti érintkezők ellenállásának a mérési eredményekre gyakorolt ​​​​hatásának kiküszöbölésére.

Az egyenáramú ellenállás mérésének főbb módszerei a következők: indirekt módszer; közvetlen becslési módszer és hídmódszer. A mérési módszer megválasztása a mérendő ellenállás várható értékétől és a szükséges pontosságtól függ. A közvetett módszerek közül a leguniverzálisabb az ampermérő-voltmérő módszer.

Ampermérő-voltmérő módszer - oa mért ellenálláson átfolyó áramerősség és a rajta lévő feszültségesés mérése alapján. Két mérési sémát használnak: nagy ellenállások mérését és kis ellenállások mérését. Az áram- és feszültségmérés eredményei alapján meghatározzák a szükséges ellenállást.

Közvetlen értékelési módszer - pmagában foglalja az egyenáramú ellenállás mérését ohmmérővel. Az ohmmérővel végzett mérések jelentős pontatlanságokat adnak. Emiatt ez a módszer hozzávetőleges előzetes ellenállásmérésre és kapcsolóáramkörök tesztelésére használják.

Hídmódszer - pKét mérési sémát használnak - egy hídsémát és egy kettős hídsémát.Egyetlen egyenáramú híd három referencia ellenállásból áll (általában állítható), amelyek sorba vannak kapcsolva a hídáramkörben mért Rx ellenállással. Az 1 ohm alatti ellenállások méréséhez használjad háború Thomson híd.

Fontolgat lehetséges módszerek induktivitások és kapacitások mérése. A rezonáns mérőáramkörök előnyei és hátrányai. Hibaforrások. Egyenértékű áramkörök, értse meg, mi az előnyük más mérési módszerekkel szemben. Közvetlen értékelésre és összehasonlításra szolgáló eszközök - közvetlen mérőeszközökkela mért kapacitás értékére vonatkozó becslések vonatkoznakmikrofaradméterek, amelynek működése a váltakozó áramkörben lévő áram vagy feszültség függése a benne foglalt értéktől . A kapacitás értékét a mérőórás skála segítségével határozzuk meg.

Mérésre szélesebb és induktivitásokat használnakkiegyensúlyozott váltakozó áramú hidak, lehetővé téve kis mérési hiba elérését (akár 1%). A hidat fix 400-1000 Hz frekvencián működő generátorok látják el. Kijelzőként egyenirányító vagy elektronikus millivoltmérőket, valamint oszcilloszkópos indikátorokat használnak.

Önellenőrző kérdések

Hogyan mérhető az ellenállás AC és DC hálózatokban?

Hogyan mérik a vezetékek szigetelési ellenállását?

Mi a nem elektromos mennyiségek mérésére szolgáló készülék blokkvázlata?

Tekintsük az egyes típusú konverterek működési elvét, tervezését és alapvető elméletét.

Milyen lehetőségek vannak az ampermérők és a voltmérők csatlakoztatására az ellenállás mérésére?

Rajzoljon diagramot egyetlen hídról, és jelölje meg azokat az elemeket, amelyek a kis ellenállások mérésénél hibaforrást jelentenek.

Milyen elektromos mennyiségek mérhetők AC híd segítségével?

Melyek a hibaforrások a rezonáns mérőáramkörökben?

Milyen előnyei vannak az egyenértékű áramkörök mérésének?

2.6 témakör Univerzális és speciális elektromos mérőműszerek

eszközöket

Univerzális és speciális elektromos mérőműszerek alapvető paraméterei és típusai, rövid műszaki jellemzők. Multiméterek, voltamméterek, kombinált műszerek. A kombinált műszer mérőáramköreinek diagramja.Digitális multiméterek, blokkdiagram, kapcsolók a mérés típusához és mérési határértékekhez. Mértékegységek. Multiméter bemeneti ellenállás. Ellenállások, áramok, feszültségek mérése, elektromos konténerek, félvezető eszközök paraméterei.

A szigorúan meghatározott munkák elvégzésére nagyszámú mérőműszer létezik: karbantartás, tesztelés kábelvonalak, táphálózati paraméterek mérése. Mindegyik ideális egy adott méréssorozat elvégzésére, de semmi több. Ezért a különféle eszközök javítása vagy beállítása lehetetlen hagyományos mérőműszerek nélkül: multiméterek, oszcilloszkópok, univerzális és speciális generátorok, frekvenciamérők, RLC-mérők, logikai analizátorok.VAL VELManapság ezeknek az eszközöknek a többsége asztali, hordozható és hordható változatban is elérhető. Ezért egy ilyen készüléket mindig a tervezett működési feltételeknek megfelelően lehet kiválasztani: laboratóriumtól terepen, váltakozó áramú hálózatról, fedélzeti tápegységről vagy akkumulátorról táplálva. A különféle kivitelű készülékek közötti alapvető különbségek pedig talán csak két pontot érintenek: a pontossági osztályt és a mérőrendszerekbe való integrálhatóságot. A viselhető módosítások jellemzően rosszabb pontossággal és egyszerűbb szolgáltatási funkciókkal rendelkeznek, de a digitális jelfeldolgozás bevezetése megváltoztatja ezt a helyzetet.A számítógéppel vezérelt mérőrendszerek alkalmazási köre általában a tudományos kísérletekre és a különféle sorozatos tesztekre korlátozódik. Itt fontos a mérési eredmények gyűjtésének és feldolgozásának automatizálása . A multiméterek és az oszcilloszkópok a leggyakoribb műszerek. Napról napra nő a beléjük integrált alapvető és kiegészítő funkciók száma. Ráadásul képességeiket tekintve egyre közelebb kerülnek ezek az eszközök. Az oszcilloszkópban lehet beépített multiméter, és a multiméter képes a mért jel megjelenítésére.Multiméter(tól től multiméter , vizsgáló- tól től teszt - próba,avometer- AmperVoltOhmmeterből) - kombinált , amely több funkciót kombinál. A minimális készletben van , És . Létezik És multiméterek.

A multiméter lehet egy könnyű, hordozható eszköz, amelyet alapszinten használnak és hibaelhárítás, valamint egy összetett helyhez kötött, sok funkcióval rendelkező eszköz.

A legegyszerűbb digitális multiméterek rendelkeznek 2,5 digitális számjegy ( általában körülbelül 10%). A legelterjedtebb eszközök a 3,5-ös bitfelbontásúak (a pontosság általában körülbelül 1,0%). Valamivel drágább, 4,5-ös bitfelbontású készülékeket (a pontosság általában kb. 0,1%) és lényegesen drágább, 5-ös és nagyobb bitfelbontású készülékeket is gyártanak. Utóbbi pontossága erősen függ a mérési tartománytól és a mért érték típusától, ezért résztartományonként külön tárgyaljuk. Általánosságban elmondható, hogy az ilyen eszközök pontossága meghaladhatja a 0,01% -ot, a hordozható kialakítás ellenére.

Egy digitális mérőeszköz számjegykapacitása, például a „3,5” azt jelenti, hogy a készülék kijelzője 3 teljes számjegyet mutat 0 és 9 közötti tartományban, és 1 számjegyet korlátozott tartománnyal. Így egy „3,5 számjegyű” típusú készülék például től kezdve képes mérni0,000 előtt1,999 , ha a mért érték túllépi ezeket a határokat, át kell váltani egy másik tartományra (kézi vagy automatikus).

A számjegyek száma nem határozza meg a készülék pontosságát. A mérések pontossága a pontosságtól függ , a felhasznált rádióelemek pontosságáról, termikus és időbeli stabilitásáról, a külső interferencia elleni védelem minőségéről, a .

Az analóg multiméter egy mutatós magnetoelektromos mérőeszközből, egy további készletből áll feszültségméréshez és tárcsázáshoz áramméréshez. Az ellenállásmérés beépített vagy külső forrás segítségével történik. Egy analóg multiméterben a mérési eredményeket a kéz mozgásával figyelik meg (mint egy órán) egy mérőskála mentén, amelyen a következő értékek vannak felcímkézve: feszültség, áram, ellenállás. Az analóg multiméterek népszerűségét elérhetőségük és áruk magyarázza, a fő hátrány pedig a mérési eredmények némi hibája. A pontosabb beállítás érdekében az analóg multiméterek speciális hangoló ellenállással rendelkeznek, amelynek manipulálásával egy kicsit nagyobb pontosság érhető el. Azonban olyan esetekben, amikor többre van szükség pontos mérések, a legjobb módszer egy digitális multiméter használata.
A fő különbség a digitális és az analóg között az, hogy a mérési eredmények egy speciális képernyőn jelennek meg. Ezenkívül a digitális multiméterek pontosabbak és könnyen használhatók, mivel nem kell megértenie a mérőskála kalibrálásának minden bonyodalmát, mint a tárcsás változatoknál.

Önellenőrző kérdések

Milyen eszközt nevezünk multiméternek?

A multiméterek típusai

Az analóg maltiméter jellemzői

A digitális multiméter specifikációi

3. szakasz Hullámforma-tanulmány

Témakör 3.1 Oszcilloszkópok

Az elektronsugároszcilloszkópok általános tudnivalói és osztályozása. A katódsugároszcilloszkóp készülék, működési elve, célja, műszaki jellemzői, blokkvázlata. Katódsugároszcilloszkóp használata elektromos jel megfigyelésére, periodikus jel amplitúdójának, frekvenciájának és periódusának mérésére.Az oszcilloszkópok típusai. Egy elektronikus oszcilloszkóp blokkvázlata. Különféle jelek előkészítése, kalibrálása, mérése. Előkészítés, kalibrálás és mérés jellemzői kétsugaras, oszcilloszkópokkal-multiméterekkel és információtárolós oszcilloszkópokkal. A nem elektromos mennyiségek elektronikus oszcilloszkópokkal történő mérésének jellemzőiAnalóg oszcilloszkópok, digitális tárolóoszcilloszkópok, digitális foszforoszcilloszkópok, digitális mintavevő oszcilloszkópok, virtuális oszcilloszkópok, kézi oszcilloszkópok

Az elektromechanikus oszcilloszkópokat széles körben használják idővel gyorsan változó mennyiségek megfigyelésére és rögzítésére. Mi az oszcilloszkóp? Ez egy olyan eszköz, amelyet arra terveztek, hogy mindenféle elektromos jelet tanulmányozzon egy speciális jel, amelyet fényképezőszalagra vagy grafikon képernyőre rögzítenek, valamint megmérje a jel amplitúdóját és időparamétereit a jel alakjának megfelelően. grafikon.

Minden katódsugároszcilloszkópnak van képernyője, amely megjeleníti a bemeneti jelek grafikonját. A képernyőn speciális jelölések vannak rács formájában. Ha megfelelő , majd képei kész kép formájában megjelennek egy kijelzőn, amely lehet monokróm vagy színes. Az analóg oszcilloszkópok katódsugárcsövet használnak képernyőként úgynevezett elektrosztatikus eltérítéssel.

Valamennyi ma használt oszcilloszkóp különbözik a rendeltetésében, valamint a mérési információk kiadásának módjában és természetesen a felhasznált bemeneti jel feldolgozásának módjában.

Oszcilloszkópok hullámformák megfigyelésére periodikus sweepekkel a képernyőn. A képernyő lehet elektronsugaras vagy folyadékkristályos. Folyamatos pásztázású oszcilloszkópok görbék fényképészeti szalagra történő rögzítéséhez. Ezeket hurokoszcilloszkópoknak is nevezik. Vannak digitális és analóg oszcilloszkópok is

Tanulmányozásuk során meg kell érteni azokat az okokat, amelyek miatt az elektromechanikus oszcilloszkópokat csak a több ezer hertzet meg nem haladó frekvenciájú folyamatok tanulmányozására használják.

Önellenőrző kérdések

Az elektromechanikus oszcilloszkópok felhasználási területei?

Hogyan érhető el a vizsgálati feszültséggörbe söpörése elektronikus oszcilloszkópban?

Mi határozza meg az elektronikus és elektromechanikus oszcilloszkópok amplitúdó- és fázishibáit?

3.2. témakör A frekvencia és időintervallum mérésére szolgáló műszerek és módszerek

Módszerek a gyakoriság és az időintervallum mérésére. A frekvenciamérők kialakítása, működési elve, műszaki jellemzői, típusai, alkalmazási köre. Időintervallumok mérése.Mérőgenerátorok. Blokk diagramm. GenerátorokR- C, L- C, ütemeken, zajon, szabványos jeleken, pulzáló. A jelek jellemzői. A beállítás és a csatlakoztatás szabályai. Megfelelő eszközök. Biztonsági előírások.

Közvetlen frekvenciamérés történikfrekvenciaszámlálók, amelyek a mért frekvenciák tartományától és a szükséges mérési pontosságtól függően különböző mérési módszereken alapulnak. A leggyakoribb frekvenciamérési módszerek a következők:kondenzátor újratöltési módszer, rezonancia módszer, diszkrét számlálási módszer , módszer a mért frekvencia és a referencia frekvencia összehasonlítására.A frekvenciaszámlálókat ritkán használják. Többnyire elegendő a multiméterbe épített frekvenciamérő. De olyan esetekben, amikor pontos eredményre van szükség, ill külső vezérlés, nem nélkülözheti egy speciális eszközt. Az ilyen frekvenciamérők képesek mérni a periodikus jelek frekvenciáját, periódusát és munkaciklusát, meghatározni az intervallumok időtartamát, és referenciaidőzítést végezni. A komplex modellek lehetőséget adnak egy méréssorozat eredményeinek számítási feldolgozására és több csatornát biztosítanak komplex algoritmusok megvalósítására a számítások indításához, a különböző paraméterű jelek feldolgozásához vagy a relatív mérések elvégzéséhez.

A generátorokat sokkal ritkábban és főként különféle eszközök hibakeresése és tesztelése során használják. A generátorokat alacsony frekvenciájúra, magas frekvenciájúra és funkcionálisra osztják. Az előbbi szinuszos jelet vagy meandert generál több hertztől több száz kilohertzig terjedő frekvenciával, az utóbbi - akár több száz megahertz frekvenciával, azzal a képességgel, hogy a jelet egy adott törvény szerint modulálja egy külső vagy belső jellel. A függvénygenerátorok jeleket generálnak összetett forma(szinusz, téglalap, háromszög, fűrész, trapéz) adott munkaciklus mellett akár több tíz megahertz frekvenciatartományban, valamint digitális jelek TTL és CMOS szinttel. Egyes modellek söpörő frekvenciagenerátorként működhetnek (egy adott törvény szerint), vagy egyszerű amplitúdó- vagy frekvenciamodulált jelet generálhatnak.

A kondenzátor újratöltésének módja a mért frekvencia minden egyes periódusára - sA töltőáram átlagos értéke a frekvenciával arányos, és mágneses ampermérővel mérjük, melynek skálája frekvenciaegységben van kalibrálva. 10 Hz - 1 MHz méréshatárral és ±2% mérési hibával kondenzátoros frekvenciamérőket gyártanak.

Rezonancia módszer, amely az elektromos rezonancia jelenségén alapul egy olyan áramkörben, amelynek hangolt elemei rezonanciában vannak a mért frekvenciával. A mért frekvenciát a beállító mechanizmus skálája határozza meg. A módszert 50 kHz feletti frekvenciákon alkalmazzák. A mérési hiba százszázalékra csökkenthető.

Diszkrét számlálási módszera munka középpontjában állelektronikus számláló digitális frekvenciamérők. A mért frekvencia impulzusainak ismert időtartamon keresztül történő számlálásán alapul. Nagy mérési pontosságot biztosít bármely frekvencia tartományban.

Módszer a mért frekvencia és a referencia összehasonlítására - elektromos rezgések az ismeretlen és a referencia frekvenciák úgy keverednek, hogy bizonyos frekvenciájú ütemek jelennek meg. Ha az ütemfrekvencia nulla, a mért frekvencia megegyezik a referenciafrekvenciával. A frekvenciakeverést heterodin módszerrel (zéró ütemű módszer) vagy oszcillográfiai módszerrel végezzük.

Számos rádiótechnikai probléma megoldása az időintervallumok mérése. Általában nagyon kicsi (pikoszekundum egység) és nagyon nagy (több száz másodperc) időintervallumot is meg kell mérni. Az időintervallumok nemcsak ismétlődnek, hanem egyszeriek is.

Az időintervallumok mérésének két fő módja van: oszcillografikus és digitális.

Az időintervallumok oszcilloszkóppal történő mérése a vizsgált feszültség oszcillogramjával történik, „lineáris” sweep segítségével. A letapogatás nemlinearitása, valamint az intervallum kezdetének és végének leolvasásának nagy hibái miatt a teljes mérési hiba néhány százalék. Az elmúlt években az időintervallumok mérése többnyire digitális módszerekkel történt.

Időintervallumok mérése digitális frekvenciaszámláló segítségével - a Tx időintervallum digitális módszerrel történő mérése a T0 szabványos periódus utáni impulzusokkal való kitöltésén és a számok megszámlálásán alapul.Mxezekből az impulzusokból a Tx idő alatt.

Kérdések Mert öntesztek

Melyek a leggyakoribb módszerek az időintervallumok mérésére?

Húz blokk diagramm digitális időintervallum mérő.

Milyen módszerek vannak a hiba csökkentésére?

Milyen frekvencia mérési módszereket ismer?

Rajzolja meg az oszcilloszkóp frekvenciamérő funkcionális diagramját!

3.3. témakör A fáziseltolódás mérésére szolgáló műszerek és módszerek

A fáziseltolódás mérési módszerei. A fázismérők kialakítása, működési elve, műszaki jellemzői, típusai, alkalmazási köre.

Számos rádiótechnikai probléma megoldása lehetetlen a jelek amplitúdójával és frekvenciájával együtt a fáziseltolás (PS) mérése nélkül. A fázismérési módszerek számos probléma megoldását teszik lehetővé a mérési tartománnyal, koordinátákkal, zajálló információátvitellel stb.

Például a kis hatótávolságú navigáció fázisú rádiótechnikai rendszerei 0,1-1 m hibával biztosítják a hatótávolság és koordináták mérését, a műholdas globális navigációs rendszerek lehetővé teszik a távolság több milliméteres pontosságú meghatározását, a szöghelyzetet pedig pontossággal. több ívperces. A lézertechnológiát alkalmazó fázismódszeren alapuló eszközök kis távolságok mérésére is képesek 10-es pontossággal -9 m vagy kevesebb.

A fáziseltolás fogalmát csak azonos frekvenciájú harmonikus jelekre vezetjük be:
U 1 = U m 1 bűn ( w t + j 1 ) y = w t + j 0 – oszcillációs fázis
U 2 = U m 2 bűn ( w t + j 2 ) j 0 – kezdeti fázis
j = y 1 - y 2 =( w t + j 1 )- ( w t + j 2 )= ê j 1 - j 2 ê
Fáziseltolás – a kezdeti fázisok közötti különbség modulusa.
A fáziseltolódás ismerete lehetővé teszi a jeltorzítás okainak azonosítását.
A torzításmentes átvitel feltétele, hogy a fázisválasz lineáris legyen.
A fáziseltolódás mérésére a következő módszereket alkalmazzuk: oszcillográfia, kompenzáció, fáziseltolás áramimpulzusokká konvertálása, diszkrét számlálási módszer stb. A fáziseltolódás mérése oszcillográfos módszerrel megvalósítható lineáris, szinuszos és körkörös pásztázási módszerekkel. A fáziseltolódás oszcillográfiai jelzésű kompenzációs módszerrel történő mérésére egy mérőberendezést állítanak össze, amely egysugaras oszcilloszkópból, egy szabványosφ arr. és kisegítőφ V fázisváltók.

A fáziseltolódás diszkrét számlálási módszerrel történő mérése egy képlet alapján történik, amelybe az időintervallumokat ∆-vel kell helyettesíteni.Tés T a megfelelő számú impulzus állandó ismétlési gyakorisággal. Az ilyen típusú közvetlen jelzésű fázismérőket elektronikus számlálónak vagy digitális fázismérőnek nevezik. A digitális fázismérőknek több sémája is létezik, de a legelterjedtebbek az integráló fázismérők, amelyeknél a mérési eredmény a fáziseltolódás átlagértéke a mért feszültség nagyszámú periódusában. Az ilyen fázismérők jó zajvédelmet biztosítanak.

Mikroprocesszoros fázismérő - a funkcionalitás jelentős bővítése, a nagyobb megbízhatóság és a fázismérők néhány egyéb jellemzője biztosított, ha mérőátalakítókkal együtt működő mikroprocesszorra épülnek. Az ilyen fázismérők lehetővé teszik két periodikus jel közötti fáziseltolódás mérését bármely kiválasztott periódusra, az eltolódások ingadozásainak megfigyelését és statisztikai jellemzőik értékelését: matematikai elvárás, diszperzió, átlag szórás. A fáziseltolódás átlagos értékének mérésére is lehetőség van, mint a fent tárgyalt digitális fázismérőknél, szigorú működési logikával készült áramkörök szerint.

A fáziseltolódás két azonos frekvenciájú harmonikus jel között fázisdetektorral mérhető.

A fázisváltó egy olyan eszköz, amelyet bevezetésre használnak elektromos áramkör ismert és állítható fáziseltolás. A fázisváltó kialakítása attól a működési frekvenciatartománytól függ, amelyre szánták.

Kérdések Mert öntesztek

1. Mit jelent a jel „fázisának” fogalma?

2. Mekkora a fáziseltolódás két jel között?

3. Sorolja fel a fáziseltolás mérésének főbb módszereit!

4. Mi a lineáris sweep módszer a fáziseltolás mérésére?

5. Milyen elven működnek a kompenzációs fázismérők?

6. Hogyan működik a mikroprocesszoros digitális fázismérő?

1 Opció

A magnetoelektromos milliampermérő felső mérési határa 100 mA. A mért áramerősség 12 mA-es változása megfelel a nyíl 6 osztásos mozgásának.Határozza meg a felosztások számát, az osztás árát és a skála érzékenységét!

Egy 1,5 pontossági osztályú és 5 A mérési határértékkel rendelkező ampermérő javítása után került kalibrálásra. A legnagyobb abszolút hiba 0,07 A volt. Megőrizte az ampermérő pontossági osztályát a javítás után?

Egy 5 kOhm belső ellenállású voltmérő egy további 45 kOhm ellenállású ellenálláshoz van csatlakoztatva. Határozza meg, hányszorosára nőtt a voltmérő mérési határa. Rajzoljon kapcsolási rajzot a voltmérő további ellenállással történő csatlakoztatásához.

Teszt az "Elektromos mérések" tudományágon

2. lehetőség

A 600 V felső mérési határértékkel rendelkező voltmérő érzékenysége 0,25 div/V. Feszültségméréskor a voltmérő mutatója 50 osztással tért el. Határozza meg a skálaosztások számát, az osztásértéket és a voltmérővel mért feszültséget!

Egy 1,2 ohm belső ellenállású ampermérőt egy 0,3 ohm ellenállású sönttel csatlakoztatunk. Határozza meg, hányszorosára nőtt az ampermérő mérési határa. Rajzoljon kapcsolási rajzot az ampermérő és a sönt összekapcsolására.

Egy 2,5 pontossági osztályú és 20 A felső mérési határértékkel rendelkező ampermérő 11,5 A áramértéket mutatott. Határozza meg, milyen határokon belül van a tényleges áramérték!

Az áramkörben lévő áram mérésekor a magnetoelektromos milliampermérő mutató 10 osztást mozdult el a 10 mA-es jelzéstől a 20 mA-es jelzésig. A milliaméteres skála 100 osztású. Határozza meg a készülék felső mérési határát, az osztásértéket és a skála érzékenységét!

Teszt az "Elektromos mérések" tudományágon

3 Opció

Egy 10 osztású ampermérő 20 A felső méréshatárral 15 A áramerősséget mutatott az áramkörben. Határozza meg az osztás értékét, a skála érzékenységét és az osztások számát, amennyivel a nyíl eltért az áramerősség mérésénél!

Olyan voltmérő kalibrálásakor, amelynek felső mérési határa van

50 V, a legnagyobb abszolút hiba 1,1 V volt. Milyen pontossági osztály van a voltmérőhöz?

450 V-ig terjedő feszültség mérésére 200 ohm belső ellenállású és 50 V felső méréshatárú voltmérőt kell használni. Hogyan lehet ezt megtenni? Rajzoljon diagramot, és végezze el a szükséges számításokat.

Az áramkörben az áram tényleges értéke 5,23 A. Egy 10 A felső mérési határú ampermérő 5,3 A áramot mutatott. Határozza meg az abszolút, relatív és csökkentett mérési hibákat.

Teszt az "Elektromos mérések" tudományágon

4 Opció

A milliampermérőt 200 mA áramerősségre tervezték, áramérzékenysége 0,5 div/mA. A milliaméteres tű 30 osztással tért el. Határozza meg a skálaosztások számát, az osztásértéket és a mért áramerősséget!

Két voltmérő pontossági osztálya megegyezik és egyenlő 1-gyel. Az első voltmérő felső mérési határa 50 V, a második voltmérőé 10 V. Határozza meg, milyen arányban vannak a maximálisan megengedett értékek abszolút hibák voltmérők.

Egy magnetoelektromos ampermérő belső ellenállása 0,05 Ohm, felső mérési határa pedig 5 A. Hogyan bővíthető az ampermérő mérési határa 125 A-re?Rajzoljon diagramot, és végezze el a szükséges számításokat.

Egy 8 Ohm ellenállású ellenálláson 2,4 A tényleges áram halad át. Az ellenálláson mért feszültség mérésekor a voltmérő 19,3 V feszültséget mutatott. Határozza meg a feszültségmérés abszolút és relatív hibáit.

Előző cikk: Mekkora a fénysebesség Következő cikk: Harmonikus rezgések Az oszcillációs frekvencia fizikai képlete