Устройство электроизмерительных приборов кратко

Обновлено: 08.07.2024

Электричество в современном мире играет огромную роль. Поэтому вопрос о параметрах используемого электрического тока нередко возникает не только у специалистов-энергетиков, но и у обычных людей, и даже у школьников, готовящих доклады. Рассмотрим кратко, как устроены электроизмерительные приборы, позволяющие ответить на этот вопрос.

Электроизмерительные приборы: принцип действия.

Электроизмерительные приборы — это специальные устройства, позволяющие получать значения некоторых параметров электрического тока. Любой электроизмеритель включается в исследуемую цепь (постоянно или с помощью щупов) и отображает на индикаторе значение параметра, для которого он предназначен.

Принцип действия электроизмерительных приборов основан на том, что исследуемая цепь влияет на подключенный прибор, причем это влияние пропорционально исследуемому параметру. А прибор отображает результат этого влияния в форме, удобной для считывания оператором.

В зависимости от того, какое влияние оказывает цепь на измеритель, различные приборы классифицируются по следующим видам:

работающие от проходящего через них тока;
работающие от накопления заряда;
работающие от взаимодействия с электрическим или магнитным полем;
работающие от теплового действия измерительной цепи.

В подавляющем большинстве случаев электроизмерительные приборы работают от проходящего через них тока. Приборы остальных принципов менее удобны. В самом деле, для накопления заряда или появления заметного электрического поля в измерительной цепи должны существовать высокие напряжения порядка киловольт. А для существования заметного магнитного поля или выделения заметного количества тепла необходимо наличие высоких токов порядка десятков ампер и выше. При прохождении же тока через измеритель можно обеспечить чувствительность, достаточную для очень малых токов, при этом стоимость прибора будет не сильно высокой.

Если требуется определение напряжения, то используется закон Ома, известный в 11 классе. Подключая прибор к измеряемому напряжению через фиксированное сопротивление, можно получить значение напряжения. Точно так же можно измерить и другие параметры электрического тока: частоту, фазу, нелинейные искажения и другие.

Приборы магнитоэлектрической системы

Форма постоянного магнита сделана такой, чтобы магнитное поле, в котором поворачивается рамка, было бы почти однородным. Это позволяет добиться высокой линейности прибора.

Прочие системы электроизмерительных приборов

Электроизмерительные приборы других видов и систем используются значительно реже, когда необходимы особенности этих приборов.

Например, нередко при измерении высоких напряжений слабой мощности недопустимо нагружать исследуемую цепь даже малым током. В этом случае используются системы электростатической системы, которые основаны на накоплении заряда: после заряда эти приборы не потребляют ток и не нагружают измеряемую цепь.

Особенности электроизмерительных приборов различных систем можно свести в таблицу:

Рис. 3. Таблица систем электроизмерительных приборов.

Что мы узнали?

Электроизмерительные приборы предназначены для получения значений одного или нескольких параметров электрического тока. Существует несколько систем электроизмерительных приборов, различающихся по принципу действия. Наиболее часто используются приборы магнитоэлектрической системы как наиболее точные и относительно простые.

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.

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

Амперметр переменного тока

Вольтметр переменного тока

Содержание

Применение

Средства электрических измерений широко применяются в энергетике, связи, промышленности, на транспорте, в научных исследованиях, медицине, а также в быту — для учёта потребляемой электроэнергии. Используя специальные датчики для преобразования неэлектрических величин в электрические, электроизмерительные приборы можно использовать для измерения самых разных физических величин, что ещё больше расширяет диапазон их применения.

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
- 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:
  - электромеханические:
    - магнитоэлектрические;
    - электромагнитные;
    - электродинамические;
    - электростатические;
    - ферродинамические;
    - индукционные;
    - магнитодинамические;
    Обозначения
    
    В зарубежных странах обозначения средств измерений устанавливаются предприятиями-изготовителями, в России (и частично в других странах СНГ) традиционно принята унифицированная система обозначений, основанная на принципах действия электроизмерительных приборов. В состав обозначения входит прописная русская буква, соответствующая принципу действия прибора, и число — условный номер модели. Например: С197 — киловольтметр электростатический. К обозначению могут добавляться буквы М (модернизированный), К (контактный) и другие, отмечающие конструктивные особенности или модификации приборов.
    - В — приборы вибрационного типа (язычковые)
    - Д — электродинамические приборы
    - Е — измерительные преобразователи
    - И — индукционные приборы
    - К — многоканальные и комплексные измерительные установки и системы
    - Л — логометры
    - М — магнитоэлектрические приборы
    - Н — самопишущие приборы
    - П — вспомогательные измерительные устройства
    - Р — меры, измерительные преобразователи, приборы для измерения параметров элементов электрических цепей
    - С — электростатические приборы
    - Т — термоэлектрические приборы
    - У — измерительные установки
    - Ф — электронные приборы
    - Х — нормальные элементы
    - Ц — приборы выпрямительного типа
    - Ш — измерительные преобразователи
    - Щ — ?
    - Э — электромагнитные приборы
    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, 1832 г.), мостовой (Кристи, 1833 г.), компенсационный (И. Поггендорф, 1841)
    - 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 годуА. 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 1881 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 1894 г. немецкий инженер Т. Бругер изобрел логометр
      Литература и документация
      
      Литература
      
      Нормативно-техническая документация
      
      См. также
      - Электроизмерительные приборы
      - Измерительная техника
      Wikimedia Foundation . 2010 .
      
      Полезное
      
      Смотреть что такое "Электроизмерительные приборы" в других словарях:
      
      ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ — приборы, служащие для непосредственного отсчета какой нибудь электрической величины (тока, напряжения и др.). Э. П. разделяются на системы магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, индукционные, тепловые, электростатические и… … Морской словарь
      
      Электроизмерительный прибор — Электроизмерительные приборы класс устройств, применяемых для измерения различных электрических величин. В группу электроизмерительных приборов входят также кроме собственно измерительных приборов и другие средства измерений меры, преобразователи … Википедия
      
      ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ — измерение электрических величин, таких, как напряжение, сопротивление, сила тока, мощность. Измерения производятся с помощью различных средств измерительных приборов, схем и специальных устройств. Тип измерительного прибора зависит от вида и… … Энциклопедия Кольера
      
      Частотомер — (неправ. частотометр) измерительный прибор для определения частоты периодического процесса или частот гармонических составляющих спектра сигнала. Содержание 1 Классификация 2 Электронно счетные частотомеры … Википедия
      
      Волномер — Частотомер (неправ. частотометр) измерительный прибор для определения частоты периодического процесса или частот гармонических составляющих спектра сигнала. Содержание 1 Классификация 2 Электронно счетные частотомеры … Википедия
      
      Частотометр — Частотомер (неправ. частотометр) измерительный прибор для определения частоты периодического процесса или частот гармонических составляющих спектра сигнала. Содержание 1 Классификация 2 Электронно счетные частотомеры … Википедия
      
      Измерительный механизм — совокупность элементов средства измерений, которые обеспечивают необходимое перемещение указателя (стрелки, светового пятна и т. д.) Содержание 1 Электроизмерительные механизмы 1.1 … Википедия
      
      Вольтметр — Два цифровых вольтметра. Верхний коммерческая модель. Нижний сконструировали студенты Берлинского технического университета Вольтметр (вольт + гр. μετρεω измеряю) измерительный при … Википедия
      
      Класс устройств, которые применяются для измерения электрических величин, называются электроизмерительными приборами. Наиболее известные из них – амперметры, вольтметры и омметры.
      
      Сфера применения
      
      Электроизмерительный прибор является необходимым устройством в связи, энергетике, промышленности, на транспорте, в медицине и научных исследованиях. Применяется это устройство и в быту, например для учета потребленной электроэнергии.
      А если применить специальные преобразователи величин неэлектрических в электрические, то диапазон применения электроизмерительных приборов становится значительно шире.
      
      Классификация электроизмерительных приборов
      
      Один из существенных признаков систематизации подобных устройств - воспроизводимая или измеряемая физическая величина. Согласно ему приборы подразделяются:
      
      - на измеряющие силу электрического тока – амперметры,
      
      - измеряющие электрическое напряжение – вольтметры,
      
      - измеряющие электрическое сопротивление – омметры,
      
      - измеряющие частоту колебаний электротока – частотомеры,
      
      - измеряющие различные величины – мультиметры или авометры, тестеры,
      
      - для воспроизведения указанных сопротивлений – магазины сопротивлений,
      
      - измеряющие мощность электрического тока – варметры и ваттметры,
      
      - измеряющие потребление электрической энергии – электросчетчики и пр.
      
      Другие признаки систематизации
      
      Существуют и другие признаки, по которым классифицируют такой вид устройств, как электроизмерительный прибор. Это может быть:
      
      1. Назначение: меры, измерительные приборы и преобразователи, измерительные системы и установки, прочие вспомогательные устройства.
      
      2. Система предоставления полученного результата: регистрирующие (графическое изображение на фотопленке или бумаге либо в виде компьютерного файла) или показывающие.
      
      3. Способ измерения: приборы сравнения или непосредственной оценки.
      
      4. Способ использования и конструктивные особенности: переносные, щитовые (закрепляются на специальной панели или щите), стационарные.
      
      По принципу действия классификация электроизмерительных приборов выглядит следующим образом:
      - электромеханические, которые, в свою очередь, подразделяются:
      - электронные;
      - электрохимические;
      - термоэлектрические.
      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.
      
      Показатели точности
      
      Одна из главных характеристик прибора для электроизмерений – класс точности. Их существует несколько. А определяется он по зависимости от допустимого предела погрешности, вызванной конструктивными особенностями отдельно взятого устройства.
      
      Точность электроизмерительных приборов не может быть равна погрешности относительной или абсолютной. Последняя не является определителем точности, а относительная имеет зависимость от значения величины, подвергшейся изменению, то есть для различных участков шкалы будет иметь разные значения.
      
      Поэтому для характеристики точности электроприбора применяется приведенная погрешность (ɣ). Определяется она отношением погрешности абсолютной конкретного прибора (∆x) к максимуму (или пределу) измеряемой величины (x_пр). Полученная величина, выраженная в процентах, и будет классом точности конкретного прибора:
      
      Любой электроизмерительный прибор на шкале обязательно имеет указание на класс точности. Согласно ГОСТу он может быть 0,05, 0,1, 0,2, 0,5, 1,0, 1,5, 2,5 и 4,0. На этом основании приборы можно классифицировать следующим образом:
      
      - класс точности 0,05 и 0,1 - образцовые, использующиеся для поверки точных приборов (например, лабораторных);
      
      - класс точности 0,2 и 0,5 – лабораторные, используются в лабораториях для производства измерений и поверки технических приборов;
      
      - класс точности 1,0, 1,5, 2,5 и 4,0 – технические, применяются для технических измерений.
      
      Электроизмерительные приборы: принцип действия
      
      Работа большей части электроизмерительных приборов основана на магнитоэлектрическом эффекте. Электроны, двигаясь по проводнику электрической цепи, образуют вокруг себя магнитное поле. В нем и перемещается стрелка измеряющего устройства, реагируя на силу окружающего поля. Чем магнитное поле слабее, тем меньше отклонение стрелки и наоборот.
      
      Если в непосредственной близости от проводника, через который не протекает электрический ток, подвешена стрелка, то реагировать она может только на магнитное поле Земли. Но если через проводник пропустить ток, стрелка будет уже реагировать на магнитное поле электрического тока. Таким образом, механическое отклонение стрелки провоцируют электроны, двигаясь через проводник. И следовательно, чем больше электрический ток, тем сильнее образованное им поле и тем дальше от начального положения отклоняется стрелка. Этот незатейливый принцип является основополагающим для большинства электроизмерительных приборов.
      
      Описанные выше приборы проводят измерения одинаковым способом, притом что подача нагрузки и источники питания у них разные.
      
      Измерительное смещение стрелки, провоцируемое магнитным полем движущихся электронов, указывает на какое-либо деление шкалы. Их обычно несколько, и у каждой свой предел измерения напряжения, сопротивления и тока. На некоторых приборах для удобства пользователя продуман селекторный переключатель.
      
      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.
      
      Устройства, расположенные в одном корпусе
      
      Это приборы, которые для неодновременного измерения нескольких величин используют один механизм для измерения. Или же они имеют несколько преобразователей с общим для всех отсчетным устройством (шкалой). Она градуируется в единицах измеряемых величин. Чаще всего комбинированные электроизмерительные приборы совмещают в себе устройства, измеряющие силу постоянного или переменного тока и электрического напряжения (ампервольтметры); сопротивления, силы постоянного и переменного тока, напряжение (авометры или ампервольтомметры). А также существуют универсальные цифровые электроизмерительные приборы, которые измеряют напряжение постоянного и переменного тока, индуктивность и количество импульсов.
      
      Примером такого устройства может служить новая разработка "Актаком ADS-4031". Прибор от компании "Актаком" гармонично сочетает в себе функциональный генератор, цифровой осциллограф, частотомер, RLC-метр и цифровой мультиметр. Кроме основных пяти совмещенных устройств, осциллографический тестер благодаря дополнительным приспособлениям может использоваться для ряда других измерительных задач.
      
      Производство и разработка электроизмерительных приборов
      
      На территории России работают и активно продвигают на рынок свою продукцию как новые предприятия, так и заводы, ведущие свою историю со времен СССР. Рассмотрим их более подробно.
      
      Пользуются большим спросом приборы с электронными преобразователями, измеряющими частоту реактивной или активной мощности, а также ее коэффициент. Не менее популярны индикаторы, приборы для оснащения специализированных учебных кабинетов, различные цифровые приборы и комплектующие. В конце прошлого века предприятие получило сертификат, подтверждающий систему менеджмента качества ИСО 9001, соответствующую международному стандарту.
      
      Чебоксарский завод более 55 лет занимает лидерские позиции среди производителей электроизмерительных приборов.
      
      65 лет назад, согласно Постановлению Совета министров СССР, был образован ВНИИЭП - Всесоюзный научно-исследовательский институт электроизмерительных приборов. Кроме научно-исследовательских работ по разработке новейших образцов техники здесь изготавливали небольшие серии высокоточных, уникальных приборов.
      Разрабатывая системы электроизмерительных приборов, предназначенных для автоматизации экспериментов и промиспытаний сложной техники, институт создал измерительно-управляющие комплексы.
      
      Читайте также: