Классификация электроизмерительных приборов

История

  • В 1733—1737 гг французский учёный Ш. Дюфе создал электроскоп. В 1752—1754 гг его работы продолжили М. В. Ломоносов и Г. В. Рихман в процессе исследований атмосферного электричества. В середине восьмидесятых годов XVIII века Ш. Кулон изобрёл крутильные весы — электростатический измерительный прибор.
  • В первой половине XIX века, когда уже были заложены основы электродинамики (законы Био — Савара и Фарадея, принцип Ленца), построены гальванометры и некоторые другие приборы, изобретены основные методы электрических измерений — баллистический (Э. Ленц,  г.), мостовой (Кристи,  г.), компенсационный (И. Поггендорф, )
  • В середине XIX века отдельные ученые в разных странах создают меры электрических величин, принимаемые ими в качестве эталонов, производят измерения в единицах, воспроизводимых этими мерами, и даже проводят сличение мер в разных лабораториях. В России в 1848 г. академик Б. С. Якоби предложил в качестве эталона единицы сопротивления применять медную проволоку длиной 25 футов (7,61975 м) и весом 345 гран (22,4932 г), навитую спирально на цилиндр из изолирующего материала. Во Франции эталоном единицы сопротивления служила железная проволока диаметром в 4 мм и длиной в 1 км (единица Бреге). В Германии таким эталоном являлся столб ртути длиной 1 м и сечением 1 мм² при 0° С
  • Вторая половина XIX века была периодом роста новой отрасли знаний — электротехники. Создание генераторов электрической энергии и применение их для различных практических целей побудили крупнейших электротехников второй половины XIX в. заняться изобретением и разработкой различных электроизмерительных приборов, без которых стало немыслимо дальнейшее развитие теоретической и практической электротехники.
    • В 1871 году А. Г. Столетов впервые применил баллистический метод для магнитных измерений и исследовал зависимость магнитной восприимчивости ферромагнетиков от напряженности магнитного поля, создав этим основы правильного подхода к расчету магнитных цепей. Этот метод используется в магнитных измерениях и в настоящее время
    • В 1880—1881 гг. французские инженер Депре и физиолог Д’Арсонваль построили ряд высокочувствительных гальванометров с зеркальным отсчетом
    • В  г. немецкий инженер Ф. Уппенборн изобрел электромагнитный прибор с эллиптическим сердечником, а в 1886 г. он же предложил электромагнитный прибор с круглой катушкой и двумя цилиндрическими сердечниками
    • В  г. немецкий инженер Т. Бругер изобрел логометр
  • В развитии электроизмерительной техники конца второй половины XIX и начала XX ст. значительные заслуги принадлежат М. О. Доливо-Добровольскому. Он разработал электромагнитные амперметры и вольтметры, индукционные приборы с вращающимся магнитным полем (ваттметр, фазометр) и ферродинамический ваттметр

Шкала — электроизмерительный прибор

Шкалы электроизмерительных приборов представляют собой плоские детали ( в отдельных случаях в виде части цилиндра), на поверхности которых тем или иным способом нанесены цифры и знаки.

Шкалы электроизмерительных приборов обычно изготовляют так, что одно деление шкалы при -; близительно равно максимальной погрешности прибора. Забегая вперед, отметим, что при измерениях, при расчетах и при записи результатов, кроме надежно известных значащих цифр, всегда указывается одна лишняя. Такая процедура, среди прочих, имеет и то преимущество, что позволяет вовремя замечать мелкие нерегулярности исследуемых зависимостей.

Шкалы электроизмерительных приборов могут быть прямыми и обратными. В первом случае начало отсчета расположено в левой части шкалы. Обратная шкала имеет начало с правой стороны. Примером прибора с обратной шкалой является омметр. Точка начала отсчета этого прибора ( нуль омов) расположена справа, так как это положение соответствует отсутствию сопротивления в измеряемой цепи и, следовательно, полному отклонению стрелки прибора. При наличии сопротивления в измеряемой цепи стрелка отклонится не на полную шкалу, причем большему сопротивлению соответствует меньшее отклонение.

Равномерная шкала.| Неравномерная шкала.

Шкалы электроизмерительных приборов бывают равномерные и неравномерные. На равномерной шкале ( рис. V-3) расстояния между делениями одинаковы. Она наиболее удобна для отсчета. На неравномерной шкале ( рис. V-4) расстояния между делениями неодинаковы.

Шкалы электроизмерительных приборов представляют собой пластинки ( подшкальники) из металла или изоляционного материала, окрашенные или оклеенные бумагой. Подшкальники изготовляются из диамагнитных материалов: листовой латуни, алюминия или цинка толщиной 1 — 1 5 мм. Подшкальники из алюминия обычно корродируются с течением времени, а цинковые подвержены короблению. Железные подшкальники устанавливаются в приборах типа ЭЗО.

READ  Проектирование освещения офисов (часть 1)

Шкалы электроизмерительных приборов, применяемых для измерения синусоидальных токов и напряжений, проградуированы в действующих значениях, и для определения амплитуд синусоидальных величин их показания достаточно увеличить в У 2 раз.

На шкалах стационарных электроизмерительных приборов должна наноситься красная черта, соответствующая номинальному значению измеряемой величины.

На шкалах электроизмерительных приборов промышленного изготовления обязательно указывается тип прибора, его система, род тока, рабочее положение корпуса, испытательное напряжение прочности изоляции его токонесущих частей, номинальная частота ( или диапазон частот), год выпуска и заводской номер.

Наличие на шкалах электроизмерительных приборов условных обозначений позволяет без изучения описания или паспорта иметь основные сведения о приборе, достаточные для решения вопроса о возможности его использования.

В фотометрах прямого отсчета шкала электроизмерительного прибора часто градуируется непосредственно в светотехнических единицах.

В фотометрах прямого отсчета шкала электроизмерительного прибора часто градуируется непосредственно в световых единицах.

На рисунке 308 изображены шкалы электроизмерительных приборов. Как называются эти приборы.

Отсчет показаний производится по шкале электроизмерительного прибора с последующим умножением этик показаний на соответствующий коэффициент поддиапазона. Участки шкалы от нуля до первой значащей цифры являются нерабочими.

Какие условные обозначения имеются на шкале электроизмерительного прибора.

Электродинамический измерительный механизм

Электродинамический измерительный механизм (рис. 4 и 5) состоит из двух катушек — неподвижной А, имеющей две секции, и подвижной Б, укрепленной на одной оси с указательной стрелкой, крылом В воздушного успокоителя и двумя спиральными пружинами.

При прохождении тока I1, по неподвижной катушке и тока I2 по подвижной катушке между ними возникает электродинамическое взаимодействие. В результате на подвижную катушку будет действовать пара сил FF (рис. 4), то есть вращающий момент. Поворот подвижной катушки происходит до тех пор, пока вращающий момент не уравновесится противодействующим моментом пружин.

При постоянном токе вращающий момент и угол поворота подвижной катушки пропорционален произведению токов в катушках. При переменном токе

Рис. 4. Электродинамический измерительный механизм

Рис. 5. Получение вращающего момента в электродинамическом измерительном механизме

вращающий момент и пропорциональный ему угол поворота подвижной катушки определяется произведением действующих значений токов в катушках и косинусу угла сдвига между ними.

Отсутствие стали в измерительном механизме, а следовательно, и погрешности от остаточной индукции обеспечивают возможность изготовить эти механизмы для измерений высокой точности.

Для уменьшения погрешностей от внешних магнитных полей, обусловленных слабым магнитным полем измерительного механизма, применяются те же средства, что и для электромагнитных измерительных механизмов.

Слабому магнитному полю соответствует слабый вращающий момент и, следовательно, для получения высокой точности необходимо уменьшить погрешность от трения. Это достигается уменьшением веса подвижной части и безупречной обработкой осей и опор. Кроме того, поперечное сечение пружин и проводов подвижной катушки мало, поэтому электродинамический измерительный механизм чувствителен к перегрузке.

Система обозначений

За рубежом заводы-изготовители устанавливают свои обозначения на выпускаемых измерительных устройствах. В России и некоторых бывших республиках Советского Союза традиционна унифицированная система знаков. Основана она на принципе работы конкретного прибора. Основные электроизмерительные приборы в обозначении всегда имеют прописную букву русского алфавита, которая указывает на принцип действия устройства. А также число, которое обозначает условный номер модели. Иногда можно встретить прописную букву М, которая обозначает, что прибор модернизированный или К (контактный). Есть и другие, обозначения. Например, Д (электродинамические приборы), Н (самопишущие приборы), Р (меры, устройства, измеряющие параметры элементов электросетей, измерительные преобразователи), И (индукционные приборы), Л (логометры) и пр.

Магнитоэлектрический измерительный механизм

Подвижная часть магнитоэлектрического измерительного механизма (рис. 1) состоит из прямоугольной катушки (рамки) В. Обмотка рамки из тонкого изолированного медного провода наложена на алюминиевый каркас. На рамке укреплены две полуоси — керны, установленные в опорах. На одной из полуосей укреплены стрелка и концы спиральных пружин, через которые ток подводится к обмотке рамки.

READ  Гост р 58601-2019 единая энергетическая система и изолированно работающие энергосистемы. оперативно-диспетчерское управление. релейная защита и автоматика. автономные регистраторы аварийных событий. нормы и требования

Рис. 1. Магнитоэлектрический измерительный механизм

Боковые стороны рамки расположены в узком воздушном зазоре А между неподвижным стальным цилиндром Б и полюсными башмаками N, S. Сильный постоянный магнит N—S создает в воздушном зазоре однородное радиальное магнитное поле.

На боковые стороны рамки, расположенные в магнитном поле, при наличии тока в обмотке, будет действовать пара сил F, F (рис. 2). Таким образом создается вращающий момент, пропорциональный току в рамке. Под действием этого момента рамка повернется на угол a, при котором вращающий момент уравновесится противодействующим моментом пружин. Последний пропорционален углу закручивания пружин. Угол поворота рамки пропорционален току.

Рис. 2. Получение вращающего момента в магнитоэлектрическом измерительном механизме

Успокоителем называется приспособление, предназначенное для уменьшения времени колебаний подвижной части, возникающих после включения прибора. В магнитоэлектрическом измерительном механизме успокоителем является алюминиевый каркас рамки. При повороте подвижной части изменяется магнитный поток, пронизывающий каркас. В каркасе индуктируются токи, взаимодействие которых с магнитным полем магнита создает тормозной момент, обеспечивающий успокоение.

Рассмотренный измерительный механизм в связи с малым сечением пружин и провода обмотки изготавливается на малые номинальные токи 10—100 мА и меньше.

При включении магнитоэлектрического измерительного механизма рассмотренной конструкции в цепь переменного тока вращающий момент будет изменяться пропорционально мгновенному значению тока. При таком быстром изменении момента вследствие инерции подвижная часть не успеет следовать за изменением момента, и она отклонится на угол, пропорциональный среднему за период значению вращающего момента. При синусоидальном токе среднее значение тока, а следовательно, и момента равно нулю и подвижная часть не отклонится. Таким образом, рассмотренный измерительный механизм пригоден только для измерений в цепи постоянного тока.

Классификация

  • Наиболее существенным признаком для классификации электроизмерительной аппаратуры является измеряемая или воспроизводимая физическая величина, в соответствии с этим приборы подразделяются на ряд видов:
    • амперметры — для измерения силы электрического тока;
    • вольтметры — для измерения электрического напряжения;
    • омметры — для измерения электрического сопротивления;
    • мультиметры (иначе тестеры, авометры) — комбинированные приборы
    • частотомеры — для измерения частоты колебаний электрического тока;
    • магазины сопротивлений — для воспроизведения заданных сопротивлений;
    • ваттметры и варметры — для измерения мощности электрического тока;
    • электрические счётчики — для измерения потреблённой электроэнергии
    • и множество других видов
  • Кроме этого существуют классификации по другим признакам:
    • по назначению — измерительные приборы, меры, измерительные преобразователи, измерительные установки и системы, вспомогательные устройства;
    • по способу представления результатов измерений — показывающие и регистрирующие ( в виде графика на бумаге или фотоплёнке, распечатки, либо в электронном виде);
    • по методу измерения — приборы непосредственной оценки и приборы сравнения;
    • по способу применения и по конструкции — щитовые (закрепляемые на щите или панели), переносные и стационарные;
    • по принципу действия:
      • (см. статью Системы измерительных приборов):
        • магнитоэлектрические;
        • электромагнитные;
        • электродинамические;
        • электростатические;
        • ферродинамические;
        • индукционные;
        • магнитодинамические;
      • электронные;
      • термоэлектрические;
      • электрохимические.

Графические обозначения по ГОСТ 23217

Как работают цифровые измерители

Цифровые электроизмерительные приборы имеют высокий класс точности (погрешность варьируется от 0,1 до 1,0 %) и широкий предел измерений. Они быстродейственны и могут совместно работать с электронно-вычислительными машинами, что позволяет передавать результаты измерений без каких-либо искажений на различные расстояния.

Эти устройства считаются приборами сравнения и непосредственной оценки. Их работа основана на принципе перевода измеряемой величины в код, благодаря чему пользователь имеет цифровое представление информации. Ещё какие электроизмерительные приборы относятся к цифровым? Это устройства, которые, измеряя непрерывную электрическую величину, автоматически конвертируют её в дискретную, кодируют и выдают результат в цифровой форме, удобной для считывания пользователем.

READ  Гост р 55194-2012 электрооборудование и электроустановки переменного тока на напряжения от 1 до 750 кв. общие методы испытаний электрической прочности изоляции

Основные понятия измерений

Измерением называют процесс сравнения измеряемой величины с величиной того же рода, условно приятой за единицу измерения.

Материальный образец единицы измерения ее дробного или кратного значения называется мерой.

Устройство, предназначенное для сравнения измеряемой величины с единицей измерения или с мерой, называют измерительным прибором.

Меры и приборы, предназначенные для хранения или воспроизводства единиц, а также для поверки и градуировки приборов, носят название образцовых.

Результат всякого измерения несколько отличается от действительного значения измеряемой величины. Действительное значение измеряемой величины это значение, определяемое при помощи образцовых приборов (образцовых мер).

Разность между измеренным и действительным значением величины составляет абсолютную погрешность измерения. Выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности к действительному или измеренному значению представляет собой относительную погрешность, которая применяется для оценки качества измерения.

Электросчетчики

Для учета электрической энергии промышленностью выпускаются электросчетчики активной и реактивной энергии.

На рис. 7 изображен электросчетчик активной энергии. Счетчик имеет две обмотки — параллельную ОН, включенную на напряжение сети, и последовательную ТО, через которую протекает ток, потребляемый электроприборами. Принцип действия следующий. Магнитные потоки Ф от последовательной и параллельной обмоток пересекают край алюминиевого диска Д, в котором наводятся местные вихревые токи, порождающие в нем магнитные поля. Последние, взаимодействуя с основными магнитными потоками, приводят диск во вращение. Обороты диска передаются счетному механизму СМ, который дает отсчет в киловатт-часах. Магнит М предназначен для торможения диска, устраняет самоход счетчика.

Рис. 7. Схема устройства и включения счетчика активной энергии: ТО — токовая обмотка; ОН — обмотка напряжения; Д — диск алюминиевый; ЧМ — червячный механизм; СМ — счетный механизм; М — магнит для притормаживания диска от самохода

Израсходованная энергия регистрируется счетным механизмом (рис. 8), приводимым в движение от червячной передачи (или шестеренки) В, укрепленной на оси счетчика. Движение диска передается пяти роликам, на боковых поверхностях которых нанесены цифры от 0 до 9. Ролики свободно надеты на ось А.

Первый (на рис. 8 — правый) скреплен с шестеренкой и при движении диска счетчика беспрерывно вращается. Один оборот первого ролика вызовет поворот второго ролика на 1/10 часть оборота. Один оборот второго — вызовет поворот третьего ролика на 1/10 часть оборота и т.д. Ролики прикрыты алюминиевым щитком, через отверстия в котором видно только по одной цифре каждого ролика. Прочитанное через отверстия в щитке числовое значение дает величину энергии, учтенную счетчиком за весь период его работы с того момента, когда показания его соответствовали нулевому значению.

Рис. 8. Схема счетного механизма

На шкале электросчетчика указан его тип, напряжение, на которое он рассчитан, величина номинального тока и так называемая постоянная счетчика.

Для измерения электрической энергии в трехфазных четырехпроводных цепях применяется трехэлементный счетчик. Он имеет три электромагнитные системы такие же, как и у однофазного счетчика, которые воздействуют на три диска, укрепленные на одной оси. Счетчик имеет один счетный механизм.

Для измерения электроэнергии в трехфазных трехпроводных цепях применяются двухэлементные двухдисковые или однодисковые счетчики (рис. 9).

Рис. 9. Схема устройства и включения двухэлементного однодискового счетчика

Литература и документация

Литература

  • Войнаровский П. Д.,. Электрические измерительные аппараты // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
  • Справочник по электроизмерительным приборам; Под ред. К. К. Илюнина — Л.:Энергоатомиздат, 1983
  • Атамалян Э. Г. Приборы и методы измерения электрических величин — издательство «ДРОФА», 2005
  • Панфилов В. А. Электрические измерения — издательство «Академия», 2008
  • Полищук Е.С. Электрические измерения электрических и неэлектрических величин
  • Н. Н. Евтихиев Измерение электрических и неэлектрических величин — М.: Энергоатомиздат, 1990
  • Шкурин Г. П. Справочник по электро- и электронноизмерительным приборам — М., 1972
Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: