🗊Презентация Электроизмерительные приборы. Консультация к экзамену

31 ЭР консультация к экзамену ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

Программа экзамена Основные понятия науки метрологии: измерение, мера, измерительный прибор, истинное и действительное значение физической величины, погрешность измерения. Методы измерений: прямые, косвенные. Погрешности измерений, их расчет. Виды погрешностей, способы их уменьшения. Классификация электроизмерительных приборов, условные обозначения на шкале прибора. Измерительные цепи и измерительные механизмы приборов. Вращающий и противодействующий момент. Отсчетное устройство, успокоители. Магнитоэлектрическая система измерительного механизма: устройство, принцип действия, угол поворота подвижной части, логометры и их особенности. Успокоители. Достоинства и недостатки. Применение.

Программа экзамена Электромагнитная система измерительного механизма: устройство, принцип действия, угол поворота подвижной части, логометры. Защита от внешних магнитных полей. Успокоители, астатические системы. Достоинства и недостатки данных измерительных механизмов. Применение. Электродинамическая система: схема устройства, угол поворота подвижной части, логометры, защита от внешних магнитных полей, достоинства и недостатки. Применение. Ферродинамическая система, особенности работы, погрешности измерений. Достоинства и недостатки систем, применение. Индукционная измерительная система: устройство, принцип работы, вращающий момент, достоинства и недостатки, применение.

Программа экзамена Электростатическая система: устройство, угол поворота подвижной части, защита от внешних электрических полей, достоинства и недостатки, применение. Вибрационная, выпрямительная, термоэлектрическая системы. Особенности работы, достоинства и недостатки, применение. Амперметры и вольтметры, основные измерительные системы, точность измерения, схемы подключения. Основные параметры приборов, расчет цены деления. Шунты, применение, расчет величины сопротивления, подключение к амперметру. Расчет цены деления, полученной после подключения.

Программа экзамена Дополнительные сопротивления, применение, расчет величины сопротивления, подключение к вольтметру. Расчет цены деления, полученной после подключения. Измерительные трансформаторы тока и напряжения. Схемы подключения. Выбор по заданным параметрам. Основные данные трансформаторов. Расчет цены деления, полученной после подключения. Омметры, особенности работы, правила пользования. Особенности измерения больших и малых сопротивлений. Методы сравнения, измерение мостом. Измерение мощности в цепях постоянного тока. Электродинамический ваттметр в цепи переменного тока. Измерение активной и реактивной мощности в цепях трехфазного переменного тока. Подключение ваттметров через измерительные трансформаторы тока и напряжения. Определение пределов измерения.

Программа экзамена Индукционный, электродинамический счетчики активной энергии. Измерение активной энергии в цепях постоянного тока. Измерение активной и реактивной энергии в трехфазных цепях. Электродинамические и ферродинамические фазометры. Электромагнитный частотомер. Вибрационный частотомер. Виды параметрических преобразователей: реостатные, угольные, терморезисторы и др. Принцип работы, применение Генераторные преобразователи: индукционные, пьезоэлектрические, термоэлектрические. Принцип работы, применение

1. Основные понятия науки метрологии: измерение, мера, измерительный прибор, истинное и действительное значение физической величины, погрешность измерения Измерением называют процесс определения значения физической величины с помощью специальных технических средств — приборов Мера – средство измерения, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера - однозначная – воспроизводит физическую величину одного размера - многозначная – воспроизводит ряд одноименных величин разного размера - набор мер – комплект мер, применяемых по отдельности и в различных сочетаниях для воспроизведения ряда одноименных величин разного размера Измерительный прибор – средство измерения, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. Измерительный прибор имеет отсчетное устройство или индикатор Истинное значение физической величины – полученное с помощью расчетов, сверхточных приборов Действительное значение физической величины – полученное с помощью измерительного прибора Отличие действительного значения от истинного – погрешность измерения

2. Методы измерений: прямые, косвенные. Погрешности измерений, их расчет. Виды погрешностей, способы их уменьшения Прямые измерения – измерения, при которых искомое значение измеряемой величины находят непосредственно из опытных данных, например измерение действующего значения напряжения электрической цепи с помощью вольтметра Косвенные измерения – измерения, при которых искомое значение измеряемой величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и исходными величинами, оцениваемыми прямыми измерениями, например измерение мощности на активной нагрузке с помощью амперметра и вольтметра Совокупными называют проводимые одновременно измерения нескольких одноименных величин. Искомые значения величин находят решением системы уравнений, получаемых в результате прямых измерений различных сочетаний этих величин

2. Методы измерений: прямые, косвенные. Погрешности измерений, их расчет. Виды погрешностей, способы их уменьшения Погрешности: Абсолютная – это отклонение результата измерения Аи от истинного (действительного) значения измеренной величины А: А = Аи – А (Поправка прибора – абсолютная погрешность, взятая с противоположным знаком) Относительная – отношение абсолютной погрешности измерения к истинному значению измеряемой величины, выраженное в процентах:  = (А/А)  100 Приведенная – отношение абсолютной погрешности прибора к верхнему пределу измерения прибора:  = (А/ Амакс )  100 Класс точности прибора – основная наибольшая допустимая приведенная погрешность, обозначается на шкале прибора: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0; 5,0 Погрешности приборов: Основная – погрешность прибора, находящегося в нормальных условиях работы Дополнительная погрешность – погрешность, возникающая вследствие отклонения условий работы прибора от нормальных

2. Методы измерений: прямые, косвенные. Погрешности измерений, их расчет. Виды погрешностей, способы их уменьшения Систематическая – погрешности измерения, остающимися постоянными (или закономерно изменяющимися) при повторных измерениях одной и той же величины: Инструментальная (погрешность средств измерений) Установки (неправильная установка прибора) Методическая (несовершенство метода измерения) Погрешность можно определить и устранить ее влияние введением поправки. Случайные – погрешности, изменяющиеся случайным образом при повторном измерении одной и той же величины: погрешность округления при отсчете показаний измерительного прибора влияние окружающей среды Обнаруживаются тем, что при повторных измерениях одной и той же величины получаются неодинаковые результаты Грубые – это погрешности измерения, существенно превышающие ожидаемую погрешность при данных условиях: - Неправильный отсчет по прибору - Неправильная запись показаний и т.п.

3. Классификация электроизмерительных приборов, условные обозначения на шкале прибора По методу измерения: Приборы непосредственной оценки (показывающие) – приборы, допускающие определение значения измеряемой величины по отсчетному устройству; Приборы сравнения – приборы, предназначенные для непосредственного сравнения измеряемой величины с мерой или с величиной, значение которой известно, например мост для измерения сопротивлений По системе отсчета: С непосредственным отсчетом : Показывающие – дают значение измеряемой величины в данный момент времени (амперметр); Интегрирующие – дают суммарное числовое значение измеряемой величины (счетчик электрической энергии) С управляемым отсчетом – для получения показаний требуют воздействия на измерительный механизм или отсчетное приспособление (измерительный мост) Самопишущие – записывают свои показания на бумаге (самопишущий вольтметр) С дискретным отсчетом – цифровые приборы, показания которых выражаются в цифровой форме

3. Классификация электроизмерительных приборов, условные обозначения на шкале прибора По роду измеряемой величины: амперметр, вольтметр, ваттметр, счетчик активной энергии и т.п. По роду тока: постоянного, переменного, постоянного и переменного, трехфазного По принципу действия: магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, ферродинамические, индукционные, выпрямительные, электростатические и т.п. По степени точности: приборы классов точности 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0; 5,0 По условиям эксплуатации: Группа А – приборы для работы в сухих отапливаемых помещениях при температуре окружающей среды 10 – 35С и при влажности до 80% при 30С Группа Б - приборы для работы в закрытых неотапливаемых помещениях при температуре окружающей среды -30 до + 40С и при влажности до 90% при +30С Группа В – приборы для работы в полевых и морских условиях Группа Т – приборы, предназначенные для работы в условиях тропического климата По характеру применения: стационарные, переносные По способу монтажа: щитовые, настольные, пультовые

4. Измерительные цепи и измерительные механизмы приборов Измерительная цепь прибора – это совокупность всех преобразовательных элементов прибора, обеспечивающая выполнение всех преобразований сигнала измерительной информации (измеряемой величины) Измерительная цепь или один из ее преобразовательных элементов, находясь под воздействием измеряемой величины, вырабатывает сигнал измерительной информации, однозначно зависящий от измеряемой величины Воздействие сигнала на измерительный механизм вызывает взаимодействие его элементов и перемещение его подвижной части Магнитоэлектрическая Электромагнитная Электродинамическая Ферродинамическая Индукционная Вибрационная Электростатическая Термоэлектрическая Выпрямительная

5. Вращающий и противодействующий момент Установка подвижной части на опорах Крепление подвижной части на растяжках (Растяжка – тонкая упругая лента из оловянно-цинковой, бериллиевой или хромистой бронз, платино-серебряного сплава и подобных твердых упругих материалов) Крепление подвижной части на подвесе (Подвес изготовляется из тонкой упругой ленты из оловянно-цинковой, бериллиевой или хромистой бронз, платино-серебряного сплава и подобных твердых упругих материалов) Устройство для создания противодействующего момента: Механический способ – с помощью пружин Электрический способ – с помощью такой же системы, что и для обеспечения вращающего момент. Приборы называются логометрами

Установка на опорах 1 – подпятники 2 – керны 3 – ось 4 – указатель 5 – шкала 6 – поводок корректора 7, 8 – спиральные пружины 9 – ось корректора 10 – винт корректора 11 – противовесы

Крепление на растяжках 1 – ограничители 2,8 – плоские пружины 3,7 – растяжки 4,6 – ограничители осевого и радиального перемещения 5 – подвижная часть

Крепление на подвесе 1 – ленточный подвес, 2 – нижняя (направляющая) опора

1 – подпятники 2 – керны 3 – ось 4 – указатель 5 – шкала 6 – поводок корректора 7, 8 – спиральные пружины 9 – ось корректора 10 – винт корректора 11 – противовесы

6. Отсчетное устройство, успокоители

Шкала На лицевой панели должны быть указаны: Обозначение единицы измеряемой величины Условное обозначение системы прибора Обозначение класса точности Условное обозначение рабочего положения прибора Условное обозначение степени защищенности от магнитных или электрических влияний Величина испытательного напряжения изоляции измерительной цепи по отношению к корпусу Год выпуска и заводской номер Материал: листовые латунь, цинк, алюминий Покрытие – светлая эмаль с черными отметками и цифрами Могут быть: - плоскими, выпуклыми - равномерными и неравномерными

Указатель В виде стрелки: - Нитевидная стрелка - Копьевидная стрелка - Ножевидная стрелка В виде светового пятна с темной нитью посередине

Стрелочный указатель

Световой указатель 1 – источник света 2 – линза 3 – стрелка 4 – зеркальце 5 – световое пятно

1 – источник света 2 – линза 3 – стрелка 4 – зеркальце 5 – световое пятно

Успокоитель (демпфер) Момент возникает, если подвижная часть находится в движении Время успокоения подвижной части прибора не должно превышать 4 с. По конструкции и принципу действия: - Воздушный демпфер - Магнитоиндукционный демпфер - Жидкостный демпфер

Воздушный демпфер Успокоитель крыльчатого типа Используется трение о воздух Конструкция: - 1 – крыло - 2 - камера

Магнитоиндукционный демпфер Успокаивающий момент создается при воздействии вихревых токов, возникающих в секторе при движении в магнитном поле Сектор изготовляют из неферромагнитного материала Конструкция: 1 – сектор 2 – постоянный магнит

Жидкостный демпфер Выбор конструкции зависит от: - степени успокоения - назначения и конструкции измерительного механизма - условий эксплуатации Конструкция: - 1 – диск подвижный - 2 – диск неподвижный - 3 - жидкость Зазор между дисками 0,1 мм Поверхности дисков полируют Достоинства – тормозящее действие во всех направлениях, т.е. повышается виброустойчивость

1 – крыло 2 - камера

Корректор Устройство для установки стрелки в строго нулевое положение: 1 – эксцентрик, 2 - рычаг

7. Магнитоэлектрическая система измерительного механизма: устройство, принцип действия, угол поворота подвижной части, логометры и их особенности. Успокоители. Достоинства и недостатки. Применение.

8. Электромагнитная система измерительного механизма: устройство, принцип действия, угол поворота подвижной части, логометры. Защита от внешних магнитных полей. Успокоители, астатические системы. Достоинства и недостатки данных измерительных механизмов. Применение Принцип работы – взаимодействие магнитного поля, созданного катушкой, со стальным сердечником Угол отклонения указателя : α = К·I2 Достоинства: Простая конструкция Малая стоимость Надежность в работе Способность выдерживать большие перегрузки Работают на постоянном и переменном токе Недостатки: Неравномерная шкала Влияние внешних магнитных полей Большое собственное потребление мощности Зависимость показаний от частоты (вихревые токи) Применение: амперметры, вольтметры

9. Электродинамическая система: схема устройства, угол поворота подвижной части, логометры, защита от внешних магнитных полей, достоинства и недостатки. Применение Принцип работы – взаимодействие двух катушек, обтекаемых электрическим током Угол поворота:  = К·I1·I2·cos Достоинства: Равномерность шкалы (у ваттметров) Работают на постоянном и переменном токе Относительно высокая точность Недостатки: Сильное влияние внешних магнитных полей (применяют экранирование, ферродинамические системы) Чувствительность к перегрузкам и механическим воздействиям Относительно высокая стоимость Применение: ваттметры, амперметры, вольтметры, варметры

10. Ферродинамическая система, особенности работы, погрешности измерений. Достоинства и недостатки систем, применение 1 – магнитопровод 2 – неподвижная катушка 3 - цилиндр 4 – подвижная катушка Защищены от влияния внешних магнитных полей Увеличиваются магнитные потоки, возрастает вращающий момент

1 – магнитопровод 2 – неподвижная катушка 3 - цилиндр 4 – подвижная катушка

Ферродинамический логометр Две неподвижные катушки А1 и А2 укреплены на стальных сердечниках. Две подвижные катушки Б1 и Б2 укреплены на оси. Ток к подвижным катушкам подводится при помощи безмоментных подводок. Катушки А1 и Б1, соединенные последовательно, при прохождении тока I1 создают вращающий момент М1, действующий на катушку Б1. Аналогично при прохождении тока I2 по катушкам А2 и Б2 создается второй вращающий момент М2, действующий на катушку Б2. Разность моментов вызывает поворот подвижной части логометра до тех пор, пока моменты не уравновесят друг друга

11. Индукционная измерительная система: устройство, принцип работы, вращающий момент, достоинства и недостатки, применение Принцип работы основан на взаимодействии переменных магнитных потоков с токами, наведенными в диске подвижной части механизма Угол поворота пропорционален произведению токов в катушках, частоте и синусу угла между токами: α = К·f·I1·I2·sin Достоинства: Высокая стойкость к перегрузкам Большой вращающий момент Малая чувствительность к внешним магнитным полям Недостатки: Относительно невысокая точность Работают на переменном токе Зависимость показаний от частоты переменного тока Зависимость показаний от температуры

12. Электростатическая система: устройство, угол поворота подвижной части, защита от внешних электрических полей, достоинства и недостатки, применение Принцип действия основан на взаимодействии между двумя или несколькими заряженными проводниками Емкость плоского конденсатора: С =  S / d Угол поворота пропорционален квадрату напряжения:  = К·U2 Применение: - Переносные – экспериментальные, исследовательские работы, требующие высокой точности измерения - Щитовые – в стационарных установках высокого напряжения Достоинства: Малое потребление тока из контролируемой цепи Широкий частотный диапазон применения (десятки мегагерц) Недостатки: Малый вращающий момент Малая чувствительность Влияние внешних электрических полей

Электростатическая система Измерительный механизм с изменяющимся расстоянием между пластинами: 1 – указатель 2 – тяга 3 – ось 4 – планка 5, 7 – неподвижные электроды 6 – подвижный электрод

Электростатическая система Измерительный механизм с изменяющейся емкостью: 1, 2 – неподвижные пластины 3 – подвижные пластины

1 – указатель 2 – тяга 3 – ось 4 – планка 5, 7 – неподвижные электроды 6 – подвижный электрод

13. Вибрационная, выпрямительная, термоэлектрическая системы. Особенности работы, достоинства и недостатки, применение Термоэлектрическая система – совокупность термоэлектрического преобразователя (термопара) и магнитоэлектрического измерительного механизма Возможно применение в электрических цепях с широким диапазоном частот (от нуля до мегагерц) Применяются для измерения действующих значений переменных токов от 10-2 до 10+2А, напряжений от 1 до 300В Щитовые и переносные термоамперметры и термовольтметры

Термоэлектрическая система

13. Вибрационная, выпрямительная, термоэлектрическая системы. Особенности работы, достоинства и недостатки, применение Сочетание полупроводникового выпрямителя и магнитоэлектрического измерительного механизма

13. Вибрационная, выпрямительная, термоэлектрическая системы. Особенности работы, достоинства и недостатки, применение Принцип работы основан на возникновении явления механического резонанса гибких стальных пластин, вибрирующих под влиянием переменного магнитного поля Достоинства: Простая конструкция Малая стоимость Недостатки: Нельзя применять на подвижных установках Небольшая точность (погрешность 1–2,5 %)

13. Вибрационная, выпрямительная, термоэлектрическая системы. Особенности работы, достоинства и недостатки, применение

13. Вибрационная, выпрямительная, термоэлектрическая системы. Особенности работы, достоинства и недостатки, применение Вибрационная система с непосредственным возбуждением: 1 – электромагнит 2 – шкала с вырезами 3 – гибкие стальные пластинки

1 – стальной якорь 2 – электромагнит 3 – гибкие стальные пластинки 4 – упругие пружины 5 – стальной брусок

13. Вибрационная, выпрямительная, термоэлектрическая системы. Особенности работы, достоинства и недостатки, применение Вибрационный частотомер: измерительный механизм частотомера с непосредственным возбуждением: электромагнит 1, обмотка которого вклю­чается в контролируемую сеть параллельно. В поле электромагнита находятся два ряда гибких стальных пластин 3, закрепленных в основаниях 4. Прибор имеет лицевую панель 2, в окнах которой видны отогнутые края пластин, окрашенные в белый цвет . Под влиянием переменного поля электромагнита, вызванного током, частота которого измеряется, пластины частотомера в момент прохождения тока через амплитудное значе­ние притягиваются к электромагниту и уда­ляются от него при каждом нулевом значении тока. С наибольшей амплитудой колеблется та пластина, частота собственных колебаний которой равна удвоенному значению измеряе­мой частоты. Отогнутый конец этой пластины виден в окне шкалы, как прямоугольник, и указывает на шкале значение частоты Резонансные частотомеры электромагнит­ной системы выполняются на диапазоны час­тот 45—55 и 450—550 Гц. Их точность соот­ветствует классам 1,0 и 1,5

14. Амперметры и вольтметры, основные измерительные системы, точность измерения, схемы подключения. Основные параметры приборов, расчет цены деления Приборы – амперметры, вольтметры Системы приборов: Постоянный ток: магнитоэлектрическая (большие пределы измерения – с шунтами или дополнительными сопротивлениями) Переменный ток: электромагнитная (большие пределы измерения – с трансформаторами тока или напряжения) Амперметры включаются в цепь последовательно должны иметь сопротивление значительно ниже, чем нагрузка Вольтметры включаются в цепь параллельно должны иметь сопротивление значительно выше, чем нагрузка

15. Шунты, применение, расчет величины сопротивления, подключение к амперметру. Расчет цены деления, полученной после подключения Шунты: применяется на постоянном токе включается в цепь последовательно с нагрузкой показание амперметра необходимо умножить на п

16. Дополнительные сопротивления, применение, расчет величины сопротивления, подключение к вольтметру. Расчет цены деления, полученной после подключения Дополнительные сопротивления: применяется на постоянном токе включается в цепь параллельно нагрузке показание вольтметра необходимо умножить на т

17. Измерительные трансформаторы тока и напряжения. Схемы подключения. Выбор по заданным параметрам. Основные данные трансформаторов. Расчет цены деления, полученной после подключения Измерительные трансформаторы: преобразуют большие переменные токи и напряжения создают безопасные условия работы персонала Трансформаторы тока: номинальный вторичный ток 1; 2; 2,5; 5А Трансформаторы напряжения: номинальное вторичное напряжение 100; 100/3В Коэффициент трансформации трансформаторов тока и напряжения: KI = I1/ I2, KU = U1/ U2 Для определения тока и напряжения в цепи с нагрузкой показания приборов умножают на коэффициент трансформации Правила эксплуатации: Корпус и вторичная обмотка заземлены Трансформатор тока работает в режиме короткого замыкания Трансформатор напряжения работает в режиме холостого хода

18. Омметры, особенности работы, правила пользования Омметр – прибор для непосредственного измерения сопротивления Измерения проводят на постоянном токе Питание: от внутренней батареи сухих элементов от внешней батареи Порядок измерения: при присоединенной батарее замыкают ключ К, накоротко замыкая Rх и поворотом рукоятки регулировочного винта (Rогр) устанавливают стрелку омметра на нулевое деление шкалы размыкают кнопку К производят измерение сопротивления Rх Измерение сопротивления изоляции (при отключенном питании) – мегомметр

19. Особенности измерения больших и малых сопротивлений. Методы сравнения, измерение мостом

19. Особенности измерения больших и малых сопротивлений. Методы сравнения, измерение мостом Мост постоянного тока Схема состоит из четырех резисторов, соединенных в виде кольца: к двум противоположным точкам а и b подключен источник питания постоянного тока между другими точками – указатель (индикатор, гальванометр) равновесия схемы резистор Rх и магазины сопротивлений включены в плечи моста Условие равновесия моста: указатель показывает нуль Порядок измерения: Уравновесить мост Определить сопротивление: Rх = (R2  R3) / R4 Реохордный мост : R0 - постоянное, известное сопротивление Движок реостата перемещают, пока амперметр не покажет нуль (уравновешивание моста) Определяют сопротивление: Rх = (R0  l2) / l1

20. Измерение мощности в цепях постоянного тока Постоянный ток: амперметром и вольтметром (P = U I) малая точность Ваттметр – прибор электродинамической системы для измерения мощности: Токовая обмотка, подключается последовательно с нагрузкой (толстая линия) Обмотка напряжения, подключается параллельно нагрузке (тонкая линия) * обозначение генераторного зажима – со стороны источника питания Достоинства электродинамических ваттметров высокая точность (классы точности 0,1; 0,2; 0,5); пригодность для постоянного и переменного тока частотой 45, 60, 500 Гц и выше Недостатки: слабое магнитное поле, небольшой вращающий момент, чувствительность к перегрузкам, высокая стоимость

22. Измерение активной и реактивной мощности в цепях трехфазного переменного тока Измерение активной мощности Метод одного ваттметра: применяется для симметричной нагрузки, измеряется мощность одной фазы РФ определяется мощность всей системы Р3Ф = 3 РФ Метод трех ваттметров применяется для несимметричной нагрузки, измеряется мощность каждой фазы РА , РВ , РС определяется мощность всей системы Р3Ф = РА + РВ + РС

Измерение активной и реактивной мощностей, схемы включения Измерение активной мощности Метод двух ваттметров применяется для любой нагрузки в трехпроводных цепях определяется мощность всей системы Р3Ф = РW1 + РW2 Особенности метода: Невозможность определения мощности каждой фазы Имеется возможность оценить коэффициент мощности : чем ближе показания приборов друг к другу, тем выше коэффициент мощности Если в цепь подключена симметричная нагрузка (например, электродвигатель), можно определить реактивную мощность: Q3Ф = 3(РW1 - РW2) Трехфазные ваттметры: Трехэлементный трехфазный ваттметр – на основе метода трех ваттметров Двухэлементный трехфазный ваттметр – на основе метода двух ваттметров

Измерение активной и реактивной мощностей, схемы включения  

Измерение активной и реактивной мощностей, схемы включения Включение ваттметров активной мощности для измерения реактивной мощности в четырёхпроводной сети

Измерение активной и реактивной мощностей, схемы включения Включение ваттметров активной мощности для измерения реактивной мощности в трехпроводной сети

Измерение активной и реактивной мощностей, схемы включения Включение ваттметров активной мощности для измерения реактивной мощности в трехпроводной сети

Особенности подключения ваттметра Изменение направления тока в одной из катушек вызывает изменение направления вращающего момента и направления поворота подвижной части, что делает отсчет по шкале невозможным, так как шкала прибора односторонняя: Зажим последовательной обмотки, соединяемый с источником питания, называется генераторным Зажим параллельной цепи, соединяемый с последовательной катушкой, также называется генераторным Генераторные зажимы отмечаются звездочками Защита от внешних магнитных полей выполняется экранированием или применением астатических измерительных механизмов Достоинства электродинамических ваттметров высокая точность (классы точности 0,1; 0,2; 0,5); пригодность для постоянного и переменного тока частотой 45, 60, 500 Гц и выше Недостатки: слабое магнитное поле, небольшой вращающий момент, чувствительность к перегрузкам, высокая стоимость

23. Подключение ваттметров через измерительные трансформаторы тока и напряжения. Определение пределов измерения

Подключение ваттметра через трансформатор тока Измерение мощности в низковольтных цепях с большими токами производится ваттметром с трансформатором тока Первичная обмотка трансформатора тока соединяется последовательно с приемником энергии К зажимам вторичной обмотки присоединяются последовательно соединенные амперметр и токовая цепь ваттметра Параллельная цепь ваттметра и вольтметр присоединяются к проводам первичной цепи Зажимы трансформатора Л1 и И1 соединяются между собой так, чтобы генераторные зажимы ваттметра имели один потенциал У ваттметров, предназначенных для постоянной совместной работы с определенным трансформатором тока, на шкале наносятся значения мощности первичной цепи и указывается номинальный коэффициент трансформатора тока, с которым произведена градуировка

Подключение ваттметра через трансформаторы тока и напряжения Измерение мощности в цепях высокого напряжения производится ваттметром с трансформаторами тока и напряжения Первичная обмотка трансформатора тока соединяется последовательно с приемником энергии, к зажимам вторичной обмотки присоединяются последовательно соединенные амперметр и токовая цепь ваттметра Первичная обмотка трансформатора напряжения соединяется с проводами первичной цепи, к зажимам вторичной обмотки присоединяются вольтметр и цепь напряжения ваттметра Один зажим каждой из вторичных обмоток измерительных трансформаторов и их корпуса заземляются Мощность первичной цепи, подлежащей измерению, равна произведению показаний ваттметра и номинальных коэффициентов трансформации измерительных трансформаторов  Для облегчения монтажа измерительных цепей зажимы трансформаторов тока размечаются буквами Л1 и Л2 (линия) – первичные, И1 и И2 (измерение) – вторичные Зажимы обмоток трансформатора напряжения размечаются буквами А и Х – первичные, а и х – вторичные

Подключение ваттметра через трансформаторы тока и напряжения

26. Измерение активной и реактивной энергии в трехфазных цепях Схемы включения счетчиков электрической энергии в однофазных и трехфазных цепях переменного тока ничем не отличаются от схем включения ваттметров. На шкале счетчика активной энергии указываются номи­нальные напряжения и частота, диапазон токов, у которого меньшая цифра является номинальным током, а верхняя — максимальным током, число оборотов диска на 1 кВт/ч, напри­мер, 1 кВт/ч = 2500 оборотов диска. Величина потребляемой энергии определяется разностью отсчетов по счетному механизму в конце и в начале временного периода

Измерение электрической энергии в цепях постоянного и переменного тока Счетчики - интегрирующие приборы для измерения электрической энергии и количества электричества Регистрация измеряемой величины производится счетным механизмом (счетчик оборотов) Израсходованную энергию можно измерить числом оборотов диска счетчика N Постоянная счетчика – коэффициент пропорциональности k = W / N, численно равный энергии, израсходованной в сети за время одного оборота диска счетчика Схемы подключения счетчиков аналогичны схема подключения ваттметров электродинамической системы

27. Электродинамические и ферродинамические фазометры Электродинамический фазометр представляет собой логометр Неподвижная катушка его является катушкой тока Подвижные катушки вместе с добавочными резисторами образуют две параллельные ветви цепи напряжения В одной из этих ветвей ток совпадает по фазе с напряжением, так как добавочный резистор имеет активное сопротивление В другой ветви ток отстает по фазе от напряжения на 90°, так как добавочный резистор имеет реактивное сопротивление Угол поворота подвижной части фазометра зависит от угла  сдвига фаз между током и напряжением цепи Шкала фазометра градуируется в единицах угла  или cos  Показания электродинамического фазометра зависят от частоты, так как при ее изменении сопротивление резистора первой ветви остается неизменным, а второй ветви изменяется

Измерение частоты, коэффициента мощности Электродинамические фазометры трехфазного тока имеют аналогичное устройство, но в двух параллельных ветвях их включены одинаковые активные добавочные резисторы, так как эти ветви включаются на ли­нейные напряжения, сдвинутые по фазе на 60°, напри­мер UаВ и Uас По этому принципу устроены электродинамические фазометры типа Д510. Фазометры можно применять только при симметричной системе напряжений и токов Показания их не зависят от частоты

28. Электромагнитный частотомер Электромагнитный частотомер: В одной параллельной ветви прибора соединены катушка логометра А1, конденсатор С1 и катушка L1, которые настроены в резонанс при частоте f1. Другая параллельная ветвь аналогична первой и настроена в резонанс на другую частоту f2 Кривые токов в катушках прибора в зависимости от частоты показывают, что при изменении частоты от f1 до f2 каждому значению частоты соответствует определенное отношение токов I1 / I2, а, следовательно, и определенный угол поворота подвижной части. На шкале прибора наносятся значения частоты Частотомеры типа ЭЧ имеют класс точности 1,5 и 2,5, номинальную частоту от 50 до 1 500 Гц и номинальное напряжение 36, 100, 127 и 220 В

29. Вибрационный частотомер Вибрационный частотомер: измерительный механизм частотомера с непосредственным возбуждением: электромагнит 1, обмотка которого вклю­чается в контролируемую сеть параллельно. В поле электромагнита находятся два ряда гибких стальных пластин 3, закрепленных в основаниях 4. Прибор имеет лицевую панель 2, в окнах которой видны отогнутые края пластин, окрашенные в белый цвет . Под влиянием переменного поля электромагнита, вызванного током, частота которого измеряется, пластины частотомера в момент прохождения тока через амплитудное значе­ние притягиваются к электромагниту и уда­ляются от него при каждом нулевом значении тока. С наибольшей амплитудой колеблется та пластина, частота собственных колебаний которой равна удвоенному значению измеряе­мой частоты. Отогнутый конец этой пластины виден в окне шкалы, как прямоугольник, и указывает на шкале значение частоты Резонансные частотомеры электромагнит­ной системы выполняются на диапазоны час­тот 45—55 и 450—550 Гц. Их точность соот­ветствует классам 1,0 и 1,5

Измерение неэлектрических величин Упрощенная структурная схема измерения неэлектрической величины электрическим методом: Первичный измерительный преобразователь 1 воспринимает измеряемую величину Хнэ и преобразует ее в электрическую Yэ1 соответственно функции преобразования Эта величина, называемая аналогом измеряемой неэлектрической величины Хнэ, с помощью измерительной линии 2 передается на электроизмерительный, показывающий, регистрирующий или интегрирующий прибор 3

Измерение неэлектрических величин Основные достоинства измерения неэлектрических величин электрическими методами: Дистанционность электрических измерений, т.е. возможность измерения на расстоянии Простота изменения чувствительности средства измерения; это позволяет легко устанавливать требуемый минимальный диапазон измерения и дает возможность увеличить точность отсчета значения измеряемой величины Применение для регистрации или наблюдения быстро или сложно изменяющихся во времени неэлектрических величин электрических регистрирующих приборов, в том числе светолучевых или электронных осциллографов Удобство (возможность) введения измерительной информации о значениях неэлектрических величин в устройства автоматического управления и защиты контролируемых объектов, а также в электронные вычислительные устройства Преобразователи делятся на Параметрические - представляющие любую неэлектрическую величину в виде активного, индуктивного или емкостного сопротивления Генераторные - выходным сигналом является электродвижущая сила

Измерение неэлектрических величин Выходной параметр реостатных преобразователей – сопротивление – измеряется обычно с помощью мостовой схемы К достоинствам преобразователей относится возможность получения высокой точности, значительные по уровню выходные сигналы относительная простота конструкции  Недостатки: наличие скользящего контакта, необходимость относительно больших перемещений движка, необходимость относительно значительного усилия для его перемещения Применяются реостатные преобразователи для преобразования сравнительно больших перемещений (угловых, линейных) и других электрических величин (усилия, давления и т.д.), которые могут быть преобразованы в перемещение Пример применения реостатного преобразователя для измерения уровня или объема жидкости

Измерение неэлектрических величин

Измерение неэлектрических величин Преобразователи контактного сопротивления Столбик из 10 – 15 угольных шайб (диаметром 0,5 – 1 см), на концах которого расположены латунные диски с выводами для включения в измерительную цепь, зажат между двумя винтами а и б, изолированными от столбика слюдяными прокладками Электрическое сопротивление столбика зависит от его сжатия, так как при этом изменяется переходное сопротивление между шайбами Таким образом, по изменению электрического сопротивления столбика можно определить механическую силу Р, действующую на винт б Если применить дифференциальный преобразователь с двумя столбиками, включенными в два смежных плеча моста, то получим: при действии измеряемой силы Р увеличение сжатия одного и уменьшение сжатия другого столбика вызовут увеличение отношения их сопротивлений, т.е. увеличение отношения двух плеч моста, что приводит к повышению точности измерения; при таком включении столбиков изменение температуры, вызывающее одинаковое изменение их сопротивлений, не влияет на показание измерителя, что также приводит к повышению точности измерения

Измерение неэлектрических величин Тензочувствительные преобразователи В основу работы тензочувствительных преобразователей (тензорезисторов) положен тензоэффект, заключающийся в изменении активного сопротивления проводника (полупроводника) под действием вызываемого в нем механического напряжения и деформации Если проволоку подвергнуть механическому воздействию, например растяжению, то сопротивление ее изменится Относительное изменение сопротивления проволоки R / R = S l / l, где S – коэффициент тензочувствительности; l / l – относительная деформация проволоки Изменение сопротивления проволоки при механическом воздействии на нее объясняется изменением геометрических размеров (длины, диаметра) и удельного сопротивления материала Тензочувствительные преобразователи, широко применяемые в настоящее время, представляют собой тонкую зигзагообразно уложенную и приклеенную к полоске бумаги (подложке 1) проволоку 2 (проволочную решетку) Преобразователь включается в схему с помощью привариваемых или припаиваемых выводов 3 Преобразователь наклеивается на поверхность исследуемой детали так, чтобы направление ожидаемой деформации совпадало с продольной осью проволочной решетки Достоинства этих преобразователей: линейность функции преобразования, малые габариты и масса, простота конструкции. Недостатком их является малая чувствительность Используются тензорезисторы для измерения деформаций и других неэлектрических величин: усилий, давлений, моментов и др

Измерение неэлектрических величин Термочувствительные преобразователи Принцип действия термочувствительных преобразователей (терморезисторов, термосопротивлений) основан на зависимости электрического сопротивления проводников или полупроводников от температуры Прохождение электрического тока по проводу сопровождается выделением тепла, которое частично идет на нагревание провода, частично отдается в окружающую среду конвекцией, теплопроводностью и излучением При установившемся тепловом равновесии температура провода и его сопротивление зависят от тока в проводе и от причин, влияющих на отдачу тепла в окружающую среду К ним относятся размеры провода и среды, скорость движения среды, ее состав, плотность и др. Указанные зависимости используются для измерения температуры, скорости, плотности и состава газовой среды по сопротивлению провода Провод, предназначенный для указанной цели, является измерительным преобразователем и носит название терморезистора При применении терморезистора необходимо создать условия, в которых измеряемая неэлектрическая величина оказывает наибольшее влияние на сопротивление терморезистора, а остальные величины, наоборот, по возможности не влияют на него В приборах для газового анализа – газоанализаторах – для измерения теплопроводности используется платиновый терморезистор 1, помещенный в камеру 2 с анализируемым газом

Измерение неэлектрических величин Индуктивные преобразователи Принцип действия преобразователей основан на зависимости индуктивности или взаимной индуктивности обмоток на магнитопроводе от положения, геометрических размеров и магнитного состояния элементов их магнитной цепи Индуктивность и взаимную индуктивность можно изменять: воздействуя на длину , сечение воздушного участка магнитопровода s, на потери в магнитопроводе и другими путями Конструкция преобразователя определяется главным образом значением измеряемого перемещения Габариты преобразователя выбирают, исходя из необходимой мощности выходного сигнала и других технических требований Для измерения выходного параметра индуктивных преобразователей наибольшее применение получили мостовые схемы (равновесные и неравновесные), а также компенсационная схема (в автоматических приборах) для дифференциальных трансформаторных преобразователей Индуктивные преобразователи используются для преобразования перемещения и других неэлектрических величин, которые могут быть преобразованы в перемещение (усилие, давление, момент и т.д.) Достоинства: значительными по мощности выходными сигналами, простота и надежность в работе Недостатки: наличие обратного воздействия преобразователя на измеряемый объект (воздействие электромагнита на якорь) влияние инерции якоря на частотную характеристику прибора

Измерение неэлектрических величин Емкостные преобразователи основаны на зависимости электрической емкости конденсатора от размеров, взаимного расположения его обкладок и от диэлектрической проницаемости среды между ними Устройство преобразователя емкостного уровнемера: Емкость между электродами, опущенными в контролируемый сосуд, зависит от уровня жидкости, так как изменение уровня ведет к изменению диэлектрической проницаемости среды между электродами  Изменением конфигурации пластин можно получить желаемый характер зависимости показаний прибора от объема (массы) жидкости Для измерения выходного параметра емкостных преобразователей применяются равновесные и неравновесные мостовые схемы и схемы с использованием резонансных контуров Последние позволяют создавать приборы с высокой чувствительностью, способные реагировать на перемещения порядка 10-7 мм. Емкостные преобразователи имеют малую емкость, поэтому измерение их емкости производят при повышенной или высокой частоте, применяя при этом электронные усилители  Достоинства емкостных преобразователей: простота устройства, высокая чувствительность возможность получения малой инерционности преобразователя.  Недостатки: влияние внешних электрических полей, паразитных емкостей, температуры, влажности, относительная сложность схем включения необходимость в специальных источниках питания повышенной частоты

Измерение неэлектрических величин Термоэлектрические преобразователи основаны на термоэлектрическом эффекте, возникающем в цепи термопары При разности температур точек 1 и 2 соединения двух разнородных проводников А и В, образующих термопару, в цепи термопары возникает термоЭДС Чтобы термоЭДС в цепи термопары однозначно определялась температурой рабочего конца, необходимо температуру свободных концов термопары поддерживать одинаковой и неизменной Градуировка термоэлектрических термометров – приборов, использующих термопары для измерения температуры, - производится обычно при температуре свободных концов 0ºС Градуировочные таблицы для стандартных термопар также составлены при условии равенства температуры свободных концов 0ºС При практическом применении термоэлектрических термометров температура свободных концов термопары не равна 0ºС , и поэтому вводят поправку

Измерение неэлектрических величин Индукционные преобразователи основаны на использовании закона электромагнитной индукции, согласно которому ЭДС, индуктированная в катушке, зависит от количества витков и скорости изменения магнитного потока, сцепленного с катушкой Индукционные преобразователи применяются для измерения скорости линейных и угловых перемещений Выходной сигнал индукционных преобразователей может быть проинтегрирован или продифференцирован во времени с помощью электрических интегрирующих или дифференцирующих устройств После этих преобразований сигнал становится пропорциональным соответственно перемещению или ускорению Поэтому индукционные преобразователи используются также для измерения линейных и угловых перемещений и ускорений Наибольшее применение индукционные преобразователи получили в приборах для измерения угловой скорости (тахометрах) и в приборах для измерения параметров вибрации, т.е. для измерения линейных и угловых перемещений и ускорений (в виброметрах и акселерометрах) Погрешности индукционных преобразователей определяются главным образом изменением магнитного поля с течением времени и при изменении температуры, а также температурными изменениями сопротивления обмотки Основные достоинства индукционных преобразователей заключаются в сравнительной простоте конструкции, надежности работы высокой чувствительности.  Недостаток – ограниченный частотный диапазон измеряемых величин

Измерение неэлектрических величин Пьезоэлектрические преобразователи основаны на использовании прямого пьезоэлектрического эффекта, заключающегося в появлении электрических зарядов на поверхности некоторых кристаллов (кварца, сегнетовой соли и др.) под влиянием механических напряжений Устройство и принцип действия пьезоэлектрического преобразователя для измерения давления газа: Давление р через металлическую мембрану 1 передается на зажатые между металлическими прокладками 2 кварцевые пластинки 3 Шарик 4 служит для равномерного распределения давления по поверхности кварцевых пластинок Средняя прокладка соединена с выводом 5, проходящим через втулку из хорошего изоляционного материала При воздействии давления р между выводом 5 и корпусом преобразователя возникает разность потенциалов По разности потенциалов U судят о значении давления р В пьезоэлектрических преобразователях главным образом применяется кварц, у которого пьезоэлектрические свойства сочетаются с высокой механической прочностью и высокими изоляционными свойствами, а также с независимостью пьезоэлектрической характеристики от температуры в широких пределах Размеры пластин и их число выбираются исходя из конструктивных соображений и требуемого значения зарядов Заряд, возникающий в пьезоэлектрическом преобразователе, «стекает» по изоляции и входной цепи измерительного прибора Поэтому приборы, измеряющие разность потенциалов на пьезоэлектрических преобразователях, должны иметь высокое входное сопротивление (1012 – 1015 Ом), что практически обеспечивается применением электронных усилителей с высоким входным сопротивлением Из-за «стекания» заряда эти преобразователи используются для измерения только быстро изменяющихся величин (переменных усилий, давлений, параметров вибраций, ускорений и т.д.)