Измерительные приборы в электротехнике конспект

Обновлено: 05.07.2024

Методическая разработка предназначена при изучнии нового материала. Используются групповая, фронтадьная формы работы. Может использоваться кейс-технология.

Вложение	Размер
urok_eip.docx	34.87 КБ
urok_eip.docx	34.87 КБ
urok_eip.docx	34.87 КБ
urok_eip.docx	34.87 КБ
urok_eip.docx	34.87 КБ

Предварительный просмотр:

Проект открытого урока (методическая разработка )

Дисциплина: Электротехника и электроника

Тип урока: Изучение нового материала (комбинированный)

- изучить методы измерений электрических параметров электрических цепей, погрешности измерений,

конструкции и принцип действия электроизмерительных приборов различных систем;

- развитие умений анализировать ситуации, проблемы, предлагать варианты решений проблемы, выбирать лучшее;

- развитие навыков работы в коллективе, отстаивания своего мнения, умения презентации результатов.

- исследовать особенности проведения занятий с использованием электронного оборудования

Методы обучения : фронтальная, групповая работа, беседа.

Оснащение: комплект учебной документации , мультимедийная установка, рабочие тетради.

Межпредметны е связи: математика, электрооборудование автомобилей

!.Организационный момент 5мин

2. Актуализация знаний 12мин

3. Изучение нового материала. Самостоятельная работа в группах 30мин

4. Презентация результатов работы групп. 30мин

5. Контроль 10мин

5. Итоги урока. 3мин

Технологическая карта урока

Прежде, чем изучать новую тему, необходимо вспомнить такие вопросы:

- назвать основные параметры эл. цепей;

Органы чувств человека не могут непосредственно наблюдать электрические величины ( ток, напряжение,мощность…). Этим определяется большое значение эл. измерений. Особую важность приобретают электроизмерительные приборы с ростом автоматизации и роботизации производственных процессов, с необходимостью передачи и измерения информации на расстоянии (телеметрия)- в океане, космосе.

Электроизмерительные приборы также служат для измерения неэлектрических величин. Например, на автомобилях установлено много контрольно-измерительных приборов, которые определяют:

- скорость движения автомобиля,

- частоту вращения коленчатого

- количество топлива в баке,

Таким образом, можно сделать вывод: сейчас от специалистов требуется повышение знаний теории и практики электрических измерений и электроизмерительной техники.

3 Изучение нового материала.

Самостоятельная работа в группах.

Вначале проводится фронтальная работа по изучению материала с помощью слайдов, проецируемых на экран ( слайды 1…5) (см приложения).

Затем демонстрируется слайд 6, на котором представлены рисунки электроизмерительных приборов четырех систем: электромагнитной, магнитоэлектрической, электродинамической и индукционной и сообщается, что именно приборы этих систем необходимо изучить сегодня. Раздается учебный материал (таблицы) для самостоятельной работы в группах.

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Тема 1.5 Электрические измерения и измерительные приборы.

Лекция 10. Электрические измерения. Класс точности приборов. Погрешности при измерениях. Классификация эл. изм. приборов. Условные обозначения на шкале. Магнитоэлектрический и электромагнитный измерительные механизмы.

Измерение напряжения и тока. Шунт и добавочное сопротивление . Измерение мощности. Электродинамический и ферродинамический измерительные механизмы. Индукционные счетчики. Измерение сопротивления изоляции.

Электрические измерения. Класс точности приборов. Погрешности при измерениях.

Процесс измерения состоит в сравнении измеряемой величины с её значением, принятым за единицу.

В системе измерений (СИ) приняты четыре основные единицы измерения:

1) Единица длинны – МЕТР [ м ];

2) Единица времени – СЕКУНДА [ с ];

3) Единица массы – КИЛОГРАММ [ кг ];

4) Единица силы тока – АМПЕР - [ А ];

Существуют эталоны этих единиц измерений.

метр (м ) — длина, равная 16507763,73 длины волн в вакууме излучения атома криптона-86, соответствующего переходу между уровнями 2p 10 и 5 d 5;

килограмм (кг) — масса международного прототипа килограмма, который хранится в Национальном архиве Франции;

секунда (с) — продолжительность 9192631770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133;

ампер (А) — сила тока, при котором на каждый метр длины двух параллельных прямолинейных круглых проводников, расположенных в 1 м один от другого, приходится

механическая сила 2×10-7 Н. При этом оговаривается, что проводники имеют бесконечную длину и ничтожно малую площадь сечения.

Используя основные единицы измерений можно определить проризводные единицы других электрических и магнитных величин. Например, электрический заряд [ Кулон ]= [ А ] [ с ].

Это видно из определения силы тока i = dq / dt , где dq -изменение заряда, dt -изменение времени.

Широко применяют кратные единицы:

10 -12 — пико (п), 10 -9 — нано (н), 10 -6 — микро (мк), 10 -3 — милли (м),

10 3 — кило (к), 10 6 — мега (М), 10 9 —гига (Г), 10 12 — тера (Т)

Существует два основных метода электрических измерений:

- метод непосредственной оценки ,

В методе непосредственной оценки измеряемая величина отсчитывается непосредственно по шкале прибора. Шкала измерительного прибора предварительно градуируется по эталонному прибору в единицах измеряемой величины. Такая градуировка производится на заводе при изготовлении прибора. Достоинства этого метода — удобство отсчета показаний прибора и малая затрата времени на операцию измерения.

В методе сравнения измеряемая величина сравнивается непосредственно с эталоном, образцовой или рабочей мерой. В этом случае точность измерений высокая. Метод сравнения используется главным образом в лабораторных условиях, он требует сравнительно сложной аппаратуры, высокой квалификации операторов и значительных затрат времени.

При всяком измерении непрерывной величины неизбежна погрешность.

АБСОЛЮТНАЯ ПОГРЕШНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЙ Δ = А из — А

Δ — разница между измеренным А из и действительным А значениями измеряемой величины.

Она определяется систематическими и случайными погрешностями прибора, а также ошибками

оператора. Систематическая погрешность – это влияние внешних условий, несовершенство метода измерений и прибора.

ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ПОГРЕШНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЙ

Используется для более полной характеристики измерений.

Величины Δ и δ характерезуют точность измерений.

ПРИВЕДЁННАЯ ПОГРЕШНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЙ γ = Δ / А мах 100% ,

где А мах - максимальное значение шкалы прибора, т. е. предельное значение измеряемой величины. γ называют КЛАСС ТОЧНОСТИ ПРИБОРА.

Классификация эл. изм. приборов. Условные обозначения на шкале.

Электроизмерительные приборы классифицируются по различным признакам.

- ПО КЛАССУ ТОЧНОСТИ: 0,05; 0,1; 0,2; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0 .

- ПО ИЗМЕРЯЕМОМУ ТОКУ: , , ,

- ПО ПРИНЦИПУ ДЕЙСТВИЯ: -магнитоэлектрическия система прибора,

- электромагнитная система прибора,

- индукционная система прибора, и т.д.

- ПО ИЗМЕРЯЕМОЙ ВЕЛИЧИНЕ: амперметр, вольтметр, омметр, ваттметр, частотометр и т.д.

Магнитоэлектрический и электромагнитный измерительные механизмы.

Рис. Механизм прибора а) магнитоэлектрической системы, б) электромагнитной системы.

Принцип действия приборов магнитоэлектрической системы основан на использовании

взаимодействия поля постоянного магнита и катушки (рамки), по которой протекает ток.

Между полюсами постоянного магнита NS с помощью полюсных наконечников 3 и цилиндрического сердечника 2 создается воздушный зазор такой формы, что силовые линии магнитного поля при любом положении рамки 1 перпендикулярны ее проводникам.

Момент вращения рамки Мвр= k 1 I 2 , где k – коэффициент, зависящий от конструкции.

Ток к рамке подводится через две спиральные пружины, которые одновременно служат для

создания противодействующего момента. Момент, создаваемый пружиной (Мпр), пропорционален углу закручивания. Мпр= k 2 α , где α- угол поворота рамки .

Когда рамка останавливается, то момент вращения рамки равен моменту противодействия пружины Мвр= Мпр и k 1 I = k 2 α. Поэтому, α= I k 1/ k 2 или α= U k 1/ k 2

Угол отклонения рамки пропорционален току или напряжению.

В основе работы приборов электромагнитной системы лежит принцип механического взаимодействия магнитного поля и ферромагнитного материала.

Сердечник 3 из магнитомягкого материала втягивается в катушку 1 при прохождении тока по ее обмотке. Противодействующий момент создается пружиной 2. Демпфирование осуществляется воздушным демпфером 4, представляющим собой гильзу, в которой может перемещаться легкий поршень, связанный со стрелкой.

Вращающий момент пропорционален квадрату тока, так как магнитные поля катушки и

сердечника создаются одним и тем же измеряемым током, проходящим по катушке:

Угол отклонения стрелки пропорционален квадрату тока или напряжения .

Шкала прибора квадратичная, сжатая вначале.

Измерение напряжения и тока. Измерение мощности. Шунт и добавочное сопротивление .

Рис. Схема включения а) амперметра и б) вольтметра в электрическую цепь.

Для измерения тока в какой-либо ветви электрической цепи амперметр включают последовательно с ее элементами. Чтобы включение амперметра не искажало режима

работы электрической цепи, его сопротивление должно быть малым.

Вольтметр включают параллельно той ветви электрической цепи, напряжение на которой

необходимо измерить. Чтобы включение вольтметра не приводило к изменению токов в цепи, его сопротивление должно быть значительно больше сопротивления ветви, параллельно которой подключен измерительный прибор.

Рис. а) и б) Схемы включения ваттметра в электрическую цепь, в) внешний вид прибора.

Для измерения мощности в цепях постоянного и однофазного переменного токов используют ваттметры электродинамической системы.

Ваттметр содержит две обмотки: подвижную и неподвижную. Неподвижную (амперметровую) обмотку включают последовательно потребителю. Подвижную (вольтметровую) включают параллельно потребителю. На лицевую панель ваттметра выведены четыре зажима, два из которых обозначим символом I (токовые зажимы) а два других — символом U (зажимы напряжения). Два зажима помечены точками и называются генераторными

Ваттметр имеет четыре зажима: I , I *, U , U * . Неподвижная I - I *, подвижная U - U * .

Градуировку ваттметров производят по схеме рис. , а. Для получения такой схемы

генераторные зажимы (помечены точками) следует объединить и подключить к одному и тому же проводу. Вместе с тем генераторные зажимы являются началами обмоток. При правильном

включении ваттметра стрелка будет отклоняться вправо. Чтобы изменить направление отклонения стрелки, необходимо изменить направление тока в любой из обмоток ваттметра.

Шунт и добавочное сопротивление .

Обмотка амперметра рассчитана на малые токи. Для расширения пределов измерения амперметра применяют шунт.

Rш — сопротивление шунта; R A — сопротивление амперметра; I — измеряемый ток; Iш — ток, проходящий через шунт; I А — максимально допустимый ток амперметра;

n = I / I А - коэффициент расширения пределов измерения амперметром.

Формула позволяет по известному сопротивлению амперметра и заданному коэффициенту расширения пределов измерения подсчитать сопротивление шунта.

Для расширения пределов измерения вольтметра применяют добавочное сопротивление.

R доп — добавочный резистор, R y — сопротивление вольтметра; U — измеряемое напряжение;

U v — максимально допустимое напряжение вольтметра; I v — ток, проходящий через вольтметр;

m = U / U v — коэффициент расширения пределов измерения вольтметром.

Формула позволяет по заданному коэффициенту расширения пределов

измерения и известному сопротивлению вольтметра найти добавочное сопротивление.

В этом видеоуроке идёт речь об электроизмерительных приборах. Мы узнаем, что к ним относится и для чего они нужны. Познакомимся с электроизмерительным прибором, который есть в каждом доме, – электросчётчиком, а также рассмотрим принцип его работы.

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока "Электроизмерительные приборы"

В настоящее время существуют специальные приборы, с помощью которых можно произвести измерения более 50 электрических величин. Напомним, что перечень электрических величин включает в себя силу тока, напряжение, мощность, сопротивление, частоту, ёмкость, индуктивность, отношение токов и напряжений и так далее. Такие приборы называют электроизмерительными.

Итак, электроизмерительные приборы – это класс устройств, применяемых для измерения различных электрических величин.

Такие приборы служат для контроля режима работы электрических установок, их испытания и учёта расходуемой электрической энергии.

Электроизмерительные приборы получили широкое распространение. Их используют в энергетике, связи, промышленности, на транспорте, в научных исследованиях, медицине, а также в быту – для учёта потребляемой электроэнергии.

В зависимости от назначения электроизмерительные приборы делят на амперметры (с помощью их измеряют силу тока), вольтметры (для измерения напряжения), ваттметры (измерители мощности), омметры (помогают измерить сопротивление), частотомеры (измерители частоты переменного тока), счётчики электрической энергии и другие.

Электроизмерительные приборы бывают двух типов: стрелочные и цифровые.

Выполнить измерение с помощью цифрового прибора достаточно просто. Для этого всего лишь нужно включить прибор в электрическую цепь и на его экране отобразится значение измеряемой величины.

Совсем несложно пользоваться и стрелочными приборами с одним пределом шкалы. Предел измерения прибора – это наибольшее значение измеряемой величины. При воздействии измеряемой электрической величины на измерительный механизм прибора установленная на его оси стрелка поворачивается на некоторый угол, по которому на шкале прибора определяют значение измеряемой величины.

На экране вы видите примеры шкал амперметра и вольтметра.

Так, например, таким амперметром можно измерить силу тока до 2 ампер, а вольтметром – напряжение до 4 вольт. Обратите внимание, на картинке стрелка амперметра показывает силу тока 1,5 ампер, а стрелка вольтметра – напряжение 3 вольта.

Если же электроизмерительный прибор имеет несколько пределов измерений, то тут уже работа с ним немного осложнится. Для изменения предела приборы имеют либо дополнительные клеммы, либо переключатель пределов измерения.

Давайте вернёмся к нашим амперметру и вольтметру, и представим, что амперметр помимо предела 2 ампер имеет второй предел измерения – 8 ампер, а вольтметр, например, 20 вольт. Здесь имеет смысл вспомнить о цене деления шкалы. Её можно определить, разделив значение верхнего предела измеряемой величины по данной шкале, на число делений. Тогда в нашем случае, при новых пределах измерения и тех же отклонениях стрелок амперметра и вольтметра силу тока и напряжение уже нужно будет определять по количеству делений, на которое указывает стрелка прибора, умноженному на цену деления.

Давайте определим цену деления наших амперметра и вольтметра. Итак, разделим новый предел измерения 8 ампер на количество делений шкалы, а их у нас 40. Тогда видим, что цена деления амперметра равна:

Точно также поступим и с вольтметром. Новый предел измерения вольтметра 20 вольт разделим на число делений шкалы – 40. Получим, что цена деления вольтметра:

Теперь давайте определим, чему же равны значения амперметра и вольтметра. Тогда амперметр показывает:

В цепях постоянного тока при включении измерительных приборов важно разбираться в полярности источника тока и приборов. А для облегчения подключения измерительных приборов в электрическую цепь постоянного тока около их клемм всегда указывают полярность.

Запомните, положительный полюс источника тока всегда подключают к клемме со знаком плюс измерительного прибора и, соответственно, отрицательный полюс источника тока к клемме со знаком минус измерительного прибора.

На экране вы видите схему подключения измерительных приборов в электрическую цепь постоянного тока.

Обратите внимание, амперметр включается в разрыв электрической цепи последовательно с нагрузкой, вольтметр – параллельно нагрузке.

Сведения о типе электроизмерительного механизма прибора, о возможности его работы в цепях постоянного или переменного тока и некоторые другие характеристики можно узнать по условным знакам, которые наносят на шкалу прибора.

С амперметрами, вольтметрами и другими электроизмерительными приборами вы уже успели познакомиться на уроках физики. А вы когда-нибудь задумывались о том, что в каждом доме также есть свой электроизмерительный прибор? Таким прибором является электросчётчик.

С его помощью мы узнаём, сколько потребляется энергии в нашем доме. А измеряется эта энергия в киловатт-час (кВт · ч). Энергия, которая потребляется из сети, регистрируется счётным механизмом счётчика.

Расход электроэнергии определяется за некоторый промежуток времени, как правило, за месяц. Для того чтобы его узнать, нужно знать начальное и конечное показания счётчика. Разность этих показаний и есть количество израсходованной электроэнергии. А стоимость её можно вычислить, как произведение расхода электроэнергии на определённый тариф.

Все электрические параметры электросчётчика указывают на его щитке в застеклённом окошке корпуса. Этими параметрами являются: максимальное рабочее напряжение, сила тока, частота сети, в каких единицах измеряется электроэнергия, класс точности прибора и его передаточное число, которое означает, скольким оборотам диска соответствует 1 киловатт на час.

Вот, например, на щитке электросчётчика указаны следующие параметры: максимальное напряжение 250 вольт; сила тока 10 ампер; частота сети 50 герц; 1 киловатт на час равен 2500 оборотов диска; класс точности 2,5 %.

По указанным данным мы легко можем вычислить расчётную мощность счётчика. А для этого нам пригодится следующая формула: . Тогда расчётная мощность нашего счётчика равна: .

Параметрами счётчика допускается увеличение этой мощности на 20 %, то есть в 1,2 раза. Тогда максимально допустимая мощность счётчика и нагрузки будет равна уже: .

Также с помощью электросчётчика можно определить мощность любого электроприбора, если она неизвестна. Вот, допустим, мы хотим узнать мощность электрочайника.

Для этого отключим все электроприборы в квартире, кроме того, у которого мы хотим определить мощность. Затем подключим исследуемый электроприбор к сети (в нашем случае электрочайник), возьмём секундомер и понаблюдаем за движением диска электросчётчика. В момент, когда метка на диске счётчика совпадёт с риской или стрелкой на его щитке, включим секундомер и отсчитаем время за 10–20 оборотов диска.

Предположим, что диск совершил 20 оборотов за 19 секунд. По полученным данным определим энергию, которую потребляет нагрузка в 1 секунду, т. е. её мощность. Для этого по передаточному числу счётчика вычислим цену одного оборота диска, которую называют номинальной постоянной счётчика. Обычно постоянную счётчика выражают в ватт на секунду в оборот. Поэтому один киловатт на час переведём в ватт на секунду . Затем разделим всё на 2500 оборотов. Получим, .

Затем номинальную постоянную умножим на число оборотов, а их у нас 20, и вычислим количество электроэнергии, которое получила нагрузка. Получим,
.

После этого, израсходованную энергию разделим на время и получим мощность, которая равна .

Мы знаем, что напряжение в сети равно 220 вольт, а тогда по полученной мощности прибора мы можем вычислить силу тока. Она равна .

Следует знать, что каждый счётчик работает с некоторой погрешностью. В рассмотренном примере погрешность прибора не должна превышать 2,5 %.

Реальную же погрешность показаний электросчётчика можно оценить практически. Для этого включают в сеть поочерёдно нагрузки с известной мощностью. Как и в предыдущем примере, определяют с помощью секундомера время, которое равно 20 оборотам диска счётчика, для каждого электроприбора. Для повышения точности, измерение времени для каждого прибора желательно производить не менее 3–5 раз. И уже по полученным данным вычисляют средний результат. Затем по затраченной энергии и среднему времени вычисляют мощность каждого электроприбора и сравнивают её с его паспортной мощностью.

Если имеются значительные расхождения экспериментальных и паспортных данных, то можно сделать вывод о том, что показания электросчётчика завышены или занижены, и обратиться в электрокомпанию для его замены.

Итоги урока

На этом уроке мы говорили об электроизмерительных приборах. Узнали, что электроизмерительные приборы – это класс устройств, которые применяют для измерения различных электрических величин. Такие приборы служат для контроля режима работы электрических установок, их испытания и учёта расходуемой электрической энергии. Также мы с вами познакомились с электроизмерительным прибором, который есть в каждом доме, электросчётчиком. Рассмотрели принцип его работы.

Электроизмерительные приборы — класс устройств, применяемых для измерения различных электрических величин. В группу электроизмерительных приборов входят также кроме собственно самих приборов и другие средства измерений — меры, преобразователи, комплексные установки.

Назначение

Электроизмерительные приборы служат для контроля режима работы электрических установок, их испытания и учета расходуемой электрической энергии. К измерительным приборам относятся разнообразные аппараты, позволяющие получить максимально точные показатели в обозначенных диапазонах.

Классификация

В зависимости от измеряемой или воспроизводимой физической величины электроизмерительные приборы подразделяют на:

амперметры (измерители тока)
вольтметры (измерители напряжения)
ваттметры (измерители мощности)
мультиметры (иначе тестеры, авометры) — комбинированные приборы
частотомеры — для измерения частоты колебаний электрического тока
омметры (измерители сопротивления)
счетчики электрической энергии и др.

Различают две категории электроизмерительных приборов:

рабочие — служат для для практических измерений.
образцовые — для градуировки и поверки рабочих приборов.

Принцип работы

Несмотря на модификацию, во все электроизмерительные приборы вмонтированы преобразующие устройства. Первое выполняет задачу по конвертации измеряемых величин в сигнал, а второе - представляет их в доступной для восприятия форме. Последние устройства, как правило, имеют шкалу и стрелку или же цифровое табло (дисплей).

Как выбрать

При выборе электроизмерительных приборов нужно обязательно помнить о том, что для официальных исследований, контроля качества, гарантийного обслуживания, проверки устройств безопасности могут быть использованы только модели, который включены в Государственный реестр средств измерений.

Также имеет смысл выбирать “интеллектуальные” электроизмерительные приборы, преимуществом которых является то, что с их помощью можно не только собирать, но и анализировать измерения. Такие устройства обладают наибольшей производительностью и функциональностью.

Сферы применения

Электроизмерительные приборы нашли свое применения в различных областях - помимо научных исследований, их применяют как в промышленности и энергетике, так и на транспорте, в связи, а также в медицине. Также электроизмерительные приборы используются и повсеместно в быту для учета электроэнергии.

На сегодняшний день большей популярностью пользуются цифровые устройства, так как помимо повышенной точности и чувствительности к измеряемой величине, они обладают компактностью и широким диапазоном измерений. Аналоговые приборы используются в основном в качестве учебных.

Читайте также: