Электронные измерительные приборы реферат
Обновлено: 30.06.2024
Электроизмерительные приборы - техническое устройство с помощью которого происходит измерение электрических величин.
Средства электрических измерений широко применяются в энергетике, связи, промышленности, на транспорт, в научных исследованиях, медицине, а также в быту — для учёта потребляемой электроэнергии. Используя специальные датчики для преобразования величин в электрические, электроизмерительные приборы можно использовать для измерения самых разных физических величин, что ещё больше расширяет диапазон их применения.
Они служат для контроля режима работы электрических установок, их испытания и учета расходуемой электрической энергии. В зависимости от назначения электроизмерительные приборы подразделяют на амперметры (измерители тока), вольтметры (измерители напряжения), ваттметры (измерители мощности), омметры (измерители сопротивления), частотомеры (измерители частоты переменного тока), счетчики электрической энергии и др. Различают две категории электроизмерительных приборов: рабочие — для контроля режима работы электрических установок в производственных условиях и образцовые — для градуировки и периодической проверки рабочих приборов.
Электроизмерительные приборы будут крайне полезны как в быту, так и для исправления неисправностей, а также они понадобятся для профессиональных процедур с электроприборами.
Глава 1. Классификация электроизмерительных приборов, условные обозначения на шкалах приборовДля контроля за правильностью работы электротехнических установок, испытания их, определения параметров электрических цепей, учета расходуемой электрической энергии и т. д. производят различные электрические измерения. В технике связи, как и в технике сильных токов, электрические измерения имеют важное значение. Приборы, с помощью которых измеряются различные электрические величины: ток, напряжение, сопротивление, мощность и т. д., — называются электрическими измерительными приборами.
Измерение — это процесс определения физической величины с помощью технических средств.
Мера — это средство измерения физической величины заданного размера.
Измерительный прибор — это средство измерения, в котором вырабатывается сигнал, доступный для восприятия наблюдателем.
Меры и приборы подразделяются на образцовые и рабочие. Образцовые меры и приборы служат для поверки по ним рабочих средств измерений. Рабочие меры и приборы служат для практических измерений.
Классификация электроизмерительных приборов по принципу действияПо принципу действия электроизмерительные приборы подразделяются на следующие основные типы:
1. Приборы магнитоэлектрической системы, основанные на принципе взаимодействия катушки с током и внешнего магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом.
2. Приборы электродинамической системы, основанные на принципе электродинамического взаимодействия двух катушек с токами, из которых одна неподвижна, а другая подвижна.
3. Приборы электромагнитной системы, в которых используется принцип взаимодействия магнитного поля неподвижной катушки с током и подвижной железной пластинки, намагниченной этим полем.
4. Тепловые измерительные приборы, использующие тепловое действие электрического тока. Нагретая током проволока удлиняется, провисает, и вследствие этого подвижная часть прибора получает возможность повернуться под действием пружины, выбирающей образовавшуюся слабину проволоки.
5. Приборы индукционной системы, основанные нa принципе взаимодействия вращающегося магнитного поля с токами, индуктированными этим полем в подвижном металлическом цилиндре.
6. Приборы электростатической системы, основанные на принципе взаимодействия подвижных и неподвижных металлических пластин, заряженных разноименными электрическими зарядами.
7. Приборы термоэлектрической системы, представляющие собой совокупность термопары с каким-либо чувствительным прибором, например магнитоэлектрической системы. Измеряемый ток, проходя через термопару, способствует возникновению термотока, воздействующего на магнитоэлектрический прибор.
8. Приборы вибрационной системы, основанные нa принципе механического резонанса вибрирующих тел. При заданной частоте тока наиболее интенсивно вибрирует тот из якорьков электромагнита, период собственных колебаний которого совпадает с периодом навязанных колебаний.
9. Электронные измерительные приборы - приборы, измерительные цепи которых содержат электронные элементы. Они используется для измерений практически всех электрических величин, а также неэлектрических величин, предварительно преобразованных в электрические.
По типу отсчетного устройства различают аналоговые и цифровые приборы. В аналоговых приборах измеряемая или пропорциональная ей величина непосредственно воздействует на положение подвижной части, на которой расположено отсчетное устройство. В цифровых приборах подвижная часть отсутствует, а измеряемая или пропорциональная ей величина преобразуется в числовой эквивалент, регистрируемый цифровым индикатором.
Отклонение подвижной части у большинства электроизмерительных механизмов зависит от значений токов в их катушках. Но в тех случаях, когда механизм должен служить для измерения величины, не являющейся прямой функцией тока (сопротивления, индуктивности, емкости, сдвига фаз, частоты и т. д.), необходимо сделать результирующий вращающий момент зависящим от измеряемой величины и не зависящим от напряжения источника питания.
Для таких измерений применяют механизм, отклонение подвижной части которого определяется только отношением токов в двух его катушках и не зависит от их значений. Приборы, построенные по этому общему принципу, называются логометрами. Возможно построение логометрического механизма любой электроизмерительной системы с характерной особенностью - отсутствием механического противодействующего момента, создаваемого закручиванием пружин или растяжек.
В таблицах ниже приведены условные обозначения электроизмерительных приборов по принципу их действия.
Таблица 1.1.1. Обозначения рода тока.
Таблица 1.1.2. Обозначение принципа действия прибора.
Таблица 1.1.3. Обозначения класса точности, положения прибора,
прочности изоляции, влияющих величин.
Классификация электроизмерительных приборов по роду измеримой величины. Электроизмерительные приборы классифицируются и по роду измеряемой ими величины, так как приборы одного и того же принципа действия, но предназначенные для измерения разных величин могут значительно отличаться друг от друга по своей конструкции, не говоря уже о шкале прибора.
В таблице 1.2.1 приведен перечень условных обозначений наиболее употребительных электроизмерительных приборов.
Таблица 1.2.1. Примеры обозначения единиц измерения,
162560596900их кратных и дольных значений.
Классификация электроизмерительных приборов по степени точностиАбсолютной погрешностью прибора называют разность между показанием прибора и истинным значением измеряемой величины.
Например, абсолютная погрешность амперметра равна:
δ = I - Iэ,
где δ (читать "дельта") - абсолютная погрешность в ампеpax,
I - показание прибора в амперах,
Iэ - истинное значение измеряемого тока в амперах.
Если I >Iэ, то абсолютная погрешность прибора положительна, а при I
Нет нужной работы в каталоге?
Сделайте индивидуальный заказ на нашем сервисе. Там эксперты помогают с учебой без посредников Разместите задание – сайт бесплатно отправит его исполнителя, и они предложат цены.
Цены ниже, чем в агентствах и у конкурентов
Вы работаете с экспертами напрямую. Поэтому стоимость работ приятно вас удивит
Бесплатные доработки и консультации
Исполнитель внесет нужные правки в работу по вашему требованию без доплат. Корректировки в максимально короткие сроки
Если работа вас не устроит – мы вернем 100% суммы заказа
Техподдержка 7 дней в неделю
Наши менеджеры всегда на связи и оперативно решат любую проблему
Строгий отбор экспертов
Требуются доработки?
Они включены в стоимость работы ![]()
Работы выполняют эксперты в своём деле. Они ценят свою репутацию, поэтому результат выполненной работы гарантирован
* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.
СОДЕРЖАНИЕ
2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
3. ВИДЫ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ
3.1. Электродинамические приборы -
3.2. Электростатические приборы
3.3. Термоэлектрические приборы
3.4. Электромагнитные приборы -
3.5. Магнитоэлектрические приборы
3.6. Комбинированные приборы
11. АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА ЧАСТОТ
13. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
Измерительный прибор – средство измерений, дающее возможность непосредственно отсчитывать значения измеряемой величины. В аналоговых измерительных приборах отсчитывание производится по шкале, в цифровых – по цифровому отсчётному устройству. Показывающие измерительные приборы предназначены только для визуального отсчитывания показаний, регистрирующие измерительные приборы снабжены устройством для их фиксации, чаще всего на бумаге. Регистрирующие измерительные приборы подразделяются на самопишущие, позволяющие получать запись показаний в виде диаграммы, и печатающие, обеспечивающие печатание показаний в цифровой форме. В измерительных приборах прямого действия (например, манометре, амперметре) осуществляется одно или несколько преобразований измеряемой величины, и значение её находится без сравнения с известной одноимённой величиной. В измерительных приборах сравнения непосредственно сравнивается измеряемая величина с одноимённой величиной, воспроизводимой мерой (примеры — равноплечные весы, электроизмерительный потенциометр, компаратор для линейных мер). К разновидностям измерительных приборов относятся интегрирующие измерительные приборы, в которых подводимая величина подвергается интегрированию по времени или по другой независимой переменной (электрические счётчики, газовые счётчики), и суммирующие измерительные приборы, дающие значение двух или нескольких величин, подводимых по различным каналам (ваттметр, суммирующий мощности нескольких электрических генераторов).
В целях автоматизации управления технологическими процессами измерительные приборы часто снабжаются дополнительными регулирующими, счётно-решающими и управляющими устройствами, действующими по задаваемым программам.
Чувствительность измерительного прибора – отношение перемещения указателя прибора относительно шкалы (выраженного в линейных или угловых единицах) к изменению значения измеряемой величины, вызвавшей это перемещение.
Шкала (от лат. scala — лестница) измерительного прибора, часть отсчётного устройства прибора, представляющая собой совокупность отметок (точек, штрихов, расположенных в определённой последовательности) и проставленных у некоторых из них чисел отсчёта или других символов, соответствующих ряду последовательных значений измеряемой величины. Параметры шкалы — её пределы, цена деления (разность значений величины, соответствующих двум соседним отметкам) и др. — определяются пределами измерения, реализуемыми измерительным механизмом прибора, чувствительностью прибора и требуемой точностью отсчёта. В зависимости от конструкции отсчётного устройства деления шкалы могут располагаться по окружности, дуге или прямой линии, а сама шкала может быть равномерной, квадратичной, логарифмической и т.д. Основные деления шкалы, соответствующие цифровым обозначениям, наносятся более длинными (или толстыми) линиями. Показания отсчитываются невооружённым глазом при расстояниях между делениями до 0,7 мм, при меньших — при помощи лупы или микроскопа. Для долевой оценки делений шкалы применяют дополнительные шкалы — нониусы.
Нониус – вспомогательная шкала, при помощи которой отсчитывают доли делений основной шкалы измерительного прибора. Прототип современного нониуса предложен французским математиком П. Вернье, поэтому нониус часто называют верньером. Нониус получил название по имени португальца П. Нуниша (P. Nunes, латинизированное имя Nonius), предложившего для отсчёта долей делений шкалы другой сходный прибор, ныне, однако, не применяемый. Различают линейный, угломерный, спиральный, трансверсальный и др. виды нониусов. Применение линейного нониуса основано на разнице интервалов деления основной шкалы и нониуса. Длина нониуса (целое число его делений) точно укладывается в определённом целом числе делений основной шкалы. При совпадении нулевой отметки нониуса с какой-либо отметкой L основной шкалы результат измерения А соответствует величине, определяемой отметкой L; при несовпадении нулевой отметки нониуса с L значение А = L + ki, где k — число делений нониуса от нулевого до совпадающего со штрихом основной шкалы; i — наименьшая доля деления основной шкалы, которую можно оценить нониусом (обычно i = 0,1; 0,05 или 0,02 мм). Принцип отсчёта по угломерному нониусу, применяемому в ряде оптико-механических приборов, такой же, как и по линейному нониусу.
Отсчётное устройство измерительного прибора (аналогового или цифрового) – часть прибора, предназначенная для отсчитывания его показаний. Отсчётное устройство аналогового прибора обычно состоит из шкалы и указателя, причём подвижным может быть либо указатель, либо шкала. По типу указателя отсчётные устройства подразделяются на стрелочные и световые. В стрелочных отсчётных устройствах стрелка своим концом перемещается относительно отметок шкалы. Конец стрелки может быть копьевидным или выполненным в виде ножа или натянутой нити. В последних двух случаях шкалы снабжаются зеркалом для устранения погрешности отсчёта, вызванной параллаксом. В световых отсчётных устройствах роль стрелки выполняет световой луч, отражённый от зеркальца, скрепленного с подвижной частью прибора. От положения последней зависит положение светового изображения на шкале, по которому отсчитывают показания. Световое отсчётное устройство позволяет устранить погрешность от параллакса и повысить чувствительность прибора за счёт увеличения длины указателя и удвоения угла его поворота.
Отсчётное устройство цифрового прибора позволяет получить показание непосредственно в цифровой форме. Для создания изображений цифр применяются цифровые индикаторы различной конструкции. Механические индикаторы представляют собой несколько роликов или дисков с цифрами по окружности и ряд окошечек, в которых появляются цифры отдельных роликов (дисков). Такими отсчётными устройствами снабжены, например, счётчики электроэнергии. Электромеханические индикаторы содержат подвижные части с изображениями цифр, перемещаемые электромеханическими приводными устройствами. В электрических индикаторах применяются лампы накаливания, люминесцентные или газоразрядные элементы и электроннолучевые трубки, образующие изображения цифр.
Точность измерения – характеристика измерения, отражающая степень близости его результатов к истинному значению измеряемой величины. Чем меньше результат измерения отклоняется от истинного значения величины, то есть чем меньше его погрешность, тем выше точность измерения, независимо от того, является ли погрешность систематической, случайной или содержит ту и другую составляющие. Иногда в качестве количественной оценки точности измерения указывают погрешность, однако погрешность является понятием, противоположным точности, и логичнее в качестве оценки точности измерения указывать обратную величину относительной погрешности (без учёта её знака); например, если относительная погрешность равна ±10—5, то точность равна 105.
Точность меры и измерительного прибора – степень близости значений меры или показаний измерительного прибора к истинному значению величины, воспроизводимой мерой или измеряемой при помощи прибора. Точные меры или измерительные приборы имеют малые погрешности, как систематические, так и случайные.
Классы точности средств измерений – обобщённая характеристика средств измерений, служащая показателем установленных для них государственными стандартами пределов основных и дополнительных погрешностей и др. параметров, влияющих на точность. Введение классов точности облегчает стандартизацию средств измерений и их подбор для измерений с требуемой точностью.
Из-за разнообразия измеряемых величин и средств измерений нельзя ввести единый способ выражения пределов допускаемых погрешностей и единые обозначения классов точности. Если пределы погрешностей выражены в виде приведенной погрешности (т. е. в процентах от верхнего предела измерений, диапазона измерений или длины шкалы прибора), а также в виде относительной погрешности (т. е. в процентах от действительного значения величины), то классы точности обозначают числом, соответствующим значению погрешности. Например: Классу точности 0,1 соответствует погрешность 0,1%. Многие показывающие приборы (амперметры, вольтметры, манометры и др.) формируются по приведённой погрешности, выраженной в процентах от верхнего предела измерений. В этих случаях применяется ряд классов точности: 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0.
ВИДЫ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ
Электродинамический прибор – измерительный прибор, принцип действия которого основан на механическом взаимодействии двух проводников при протекании по ним электрического тока. Электродинамический прибор состоит из измерительного преобразователя, преобразующего измеряемую величину в переменный или постоянный ток, и измерительного механизма электродинамической системы. Наиболее распространены электродинамические приборы с подвижной катушкой, внутри которой на оси со стрелкой расположена подвижная катушка. Вращающий момент на оси возникает в результате взаимодействия токов в обмотках катушек и пропорционален произведению действующих значений этих токов. Уравновешивающий момент создаёт пружина, с которой связана ось. При равенстве моментов стрелка останавливается. Электродинамические приборы – наиболее точные электроизмерительные приборы, применяемые для определения действующих значений тока и напряжения в цепях переменного и постоянного тока. При последовательном соединении обмоток катушек угол поворота стрелки пропорционален квадрату измеряемой величины. Такое включение обмоток применяется в электродинамических приборах для измерения напряжения и силы тока (вольтметры и амперметры). Электродинамические измерительные механизмы используют также для измерения мощности (ваттметры). При этом через неподвижную катушку пропускают ток, пропорциональный току, а через подвижную — ток, пропорциональный напряжению в измеряемой цепи. Показания прибора пропорциональны активному или реактивному значению электрической мощности. В случае исполнения электродинамических механизмов в виде логометров их применяют как частотомеры, фазометры и фарадометры. Электродинамические приборы изготовляют главным образом переносными приборами высокой точности – классов 0,1; 0,2; 0,5. Разновидность электродинамических приборов – ферродинамический прибор, в котором для усиления магнитного поля неподвижной катушки применяют магнитопровод из ферромагнитного материала. Такие приборы предназначаются для работы в условиях вибрации, тряски и ударов. Класс точности ферродинамических приборов 1,5 и 2,5.
Электростатический прибор – измерительный прибор, принцип действия которого основан на механическом взаимодействии электродов, несущих разноимённые электрические заряды. В электростатическом приборе, измеряемая величина преобразуется в напряжение переменного или постоянного тока, определяемое электростатическим измерительным механизмом. Измеряемое напряжение подводится к подвижному электроду, укрепленному на оси, связанной со стрелкой, и к изолированному от него неподвижному электроду. В результате взаимодействия зарядов, возникающих на электродах, на оси появляется вращающий момент, пропорциональный квадрату приложенного напряжения. Действующая на ось пружина создаёт момент, противодействующий вращающему моменту и пропорциональный углу поворота оси подвижного электрода. При взаимодействии вращающего и противодействующего моментов стрелка измерительного механизма поворачивается на угол, пропорциональный квадрату поданного на электроды напряжения. Шкала, градуируемая в единицах измеряемых величин, получается неравномерной, выполняется часто со световым указателем. Электростатический прибор, используют обычно для измерения напряжений переменного или постоянного тока, в том числе высокочастотных. Для этих приборов характерно малое потребление энергии и независимость показаний от частоты. Они подвержены влиянию внешних электростатических полей, которое ослабляется внутренним экранированием прибора. Электростатический прибор, выпускаются наивысшего класса точности 0,005.
Термоэлектрический прибор – измерительный прибор для измерения силы переменного тока, реже электрического напряжения, мощности. Представляет собой сочетание магнитоэлектрического измерителя с одним или несколькими термопреобразователями. Термопреобразователь состоит из термопары (или нескольких термопар) и нагревателя, по которому протекает измеряемый ток. Под действием тепла, выделяемого нагревателем, между свободными концами термопары возникает термоэдс, измеряемая магнитоэлектрическим измерителем. Для расширения пределов измерения термопреобразователей используют высокочастотные измерительные трансформаторы тока.
Термоэлектрические приборы обеспечивают сравнительно большую точность измерений в широком диапазоне частот и независимость показаний от формы кривой тока, протекающего через нагреватель. Их основные недостатки – зависимость показаний от температуры окружающей среды, значительное собственное потребление мощности, недопустимость больших перегрузок (не более чем в 1,5 раза). Применяются преимущественно для измерения действующего значения силы переменного тока (от единиц мкА до нескольких десятков А) в диапазоне частот от нескольких десятков Гц до нескольких сотен МГц с погрешностью 1—5%.
Электромагнитный прибор – измерительный прибор, принцип действия которого основан на взаимодействии магнитного поля, пропорционального измеряемой величине, с сердечником, выполненным из ферромагнитного материала. Основные элементы электромагнитного прибора: измерительная схема, преобразующая измеряемую величину в постоянный или переменный ток, и измерительный механизм электромагнитной системы. Электрический ток в катушке электромагнитной системы создаёт электромагнитное поле, втягивающее сердечник в катушку, что приводит к возникновению на оси вращающего момента, пропорционального квадрату силы тока, протекающего по катушке. В результате действия на ось пружины создаётся момент, противодействующий вращающему моменту и пропорциональный углу поворота оси. При взаимодействии моментов ось и связанная с ней стрелка поворачиваются на угол, пропорциональный квадрату измеряемой величины. При равенстве моментов стрелка останавливается.
Выпускаются электромагнитные амперметры и вольтметры для измерений главным образом в цепях переменного тока частотой 50 Гц. В электромагнитном амперметре катушка измерительного механизма включается последовательно в цепь измеряемого тока, в вольтметре параллельно. Электромагнитные измерительные механизмы применяют также в логометрах. Наиболее распространены щитовые приборы классов точности 1,5 и 2,5, хотя существуют приборы классов 0,5 и даже 0,1 с рабочей частотой до 800 Гц.
Магнитоэлектрический прибор – измерительный прибор непосредственной оценки для измерения силы электрического тока, напряжения или количества электричества в цепях постоянного тока. Подвижная часть измерительного механизма магнитоэлектрического прибора перемещается вследствие взаимодействия магнитного поля постоянного магнита и проводника с током. Наиболее распространены магнитоэлектрические приборы с подвижной рамкой, расположенной в поле постоянного магнита. При протекании по виткам рамки тока возникают силы, образующие вращающий момент. Ток к рамке подводится через пружинки или растяжки, создающие противодействующий вращающий механический момент. Под действием обоих моментов рамка перемещается на угол, пропорциональный силе тока в рамке. Непосредственно через обмотку рамки можно пропускать только небольшие токи силой от нескольких мкА до десятков мА, чтобы не перегреть обмотки и растяжки. Для расширения пределов измерений по току и по напряжению к рамке подключают шунтирующие и добавочные сопротивления, подключаемые извне или встроенные. Существуют магнитоэлектрические приборы, у которых постоянный магнит помещен внутри подвижной катушки, а также магнитоэлектрические приборы с подвижным магнитом, укрепленным на оси внутри неподвижной катушки. Применяются также магнитоэлектрические логометры. Магнитоэлектрические приборы с подвижным магнитом более просты, имеют меньшие габариты и массу, но меньшую точность и чувствительность, чем приборы с подвижной рамкой. Для отсчёта показаний используют стрелочный или световой указатель: луч света от осветителя направляется на зеркальце, укрепленное на подвижной части прибора, отражается от него и образует на шкале магнитоэлектрического прибора световое пятно с тёмной чертой в центре.
Отличительные особенности магнитоэлектрического прибора – равномерная шкала, хорошее успокоение, высокие точность и чувствительность, малое потребление мощности; они чувствительны к перегрузкам, к механическим сотрясениям и ударам и мало чувствительны к влияниям внешних магнитных полей и окружающей температуры.
Электроизмерительный комбинированный прибор – измерительный прибор, в котором для измерения (неодновременного) двух и более величин используется один измерительный механизм либо несколько различных измерительных преобразователей с общим отсчётным устройством. Шкалу или отсчётное устройство электроизмерительного комбинированного прибора градуируют в единицах тех величин, которые он измеряет. Наиболее широко используют приборы для измерения электрического напряжения, силы переменного и постоянного тока – ампервольтметры; напряжения, силы переменного и постоянного тока и сопротивления – ампервольтомметры (авометры); индуктивности, напряжения постоянного тока, количества импульсов – универсальные цифровые электроизмерительные комбинированные приборы.
АМПЕРМЕТР
Амперметр – прибор для измерений силы постоянного и переменного тока в амперах (А). Шкалу Амперметра градуируют в килоамперах, миллиамперах или микроамперах в соответствии с пределами измерения прибора. В электрическую цепь амперметр включается последовательно; для увеличения предела измерений – с шунтом или через трансформатор. Под действием тока подвижная часть прибора поворачивается; угол поворота связанной с ней стрелки пропорционален силе тока. Существуют амперметры, в которых применены магнитоэлектрическая, электромагнитная, электродинамическая (ферромагнитная), термоэлектрическая и выпрямительная системы.
Для измерения электрических и неэлектрических величин широко применяются электронные измерительные приборы. В зависимости от способа преобразования входного сигнала электронные приборы делятся на аналоговые и цифровые.
Прикрепленные файлы: 1 файл
Контрольная 1.docx
1. ВВЕДЕНИЕ
Для измерения электрических и неэлектрических величин широко применяются электронные измерительные приборы. В зависимости от способа преобразования входного сигнала электронные приборы делятся на аналоговые и цифровые.
Для электронных измерительных приборов характерны следующие преимущества — высокая чувствительность, малое собственное потребление энергии из измерительной цепи, широкий частотный диапазон. Кроме того, электронные измерительные приборы характеризуются рядом особенностей — быстродействием, автоматизацией процесса измерения, простотой и удобством регистрации результатов измерения, возможностью сопряжения с ПЭВМ.
Применение электронных измерительных приборов разнообразно. Наиболее распространенные — электронные вольтметры. Кроме этого электронные приборы используются для измерения интервалов времени, частоты и углов сдвига фаз, для измерения спектральных характеристик сигнала и др.
Говоря о совершенствовании электронных измерительных приборов, необходимо подчеркнуть качественные изменения их вследствие внедрения микропроцессоров и микропроцессорных систем, которые стали неотъемлемой частью многих электронных измерительных приборов, улучшили их характеристики, придали новые свойства. С помощью микропроцессорных систем, встроенных в электронные измерительные приборы, достигается многофункциональность приборов, автоматизация регулировок, самокалибровка, улучшаются метрологические характеристики, создаются программируемые, полностью автоматизированные приборы.
К недостаткам электронных измерительных приборов можно отнести сложность, обусловленную большим количеством элементов, необходимость источников питания.
2. АВТОМАТИЧЕСКИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
Автоматическими измерительными приборами (АИП) называются приборы, в которых процесс измерения производится автоматически, без участия операторов. АИП предназначены для измерения и регистрации параметров, характеризующих технологические процессы производства. К таким параметрам относятся температура, давление, уровень и расход жидкости, влажность, концентрация и состав газов и жидкостей, электрические напряжения и ток, мощность, частота и др.
Широкое использование в настоящее время АИП и все большая потребность в них объясняется рядом важнейших метрологических и эксплуатационных характеристик высокая точность (до 0,001%) и чувствительность (до 10 -8 ), незначительная зависимость показаний прибора от условий эксплуатации, малое собственное потребление энергии и возможность использования маломощных первичных преобразователей сигнала, возможность одновременного измерения нескольких величин и получение документальной информации. Эти показатели обеспечиваются использованием компенсационного метода измерения, применением совершенных электронных устройств, характеризующихся малой инерционностью и большой выходной мощностью, некоторым усложнением схем узлов АИП, использованием объективного отсчета измеряемых параметров.
В общем случае структура АИП непрерывного действия включает в себя: ПП — первичный преобразователь, ИЦ — измерительную цепь, У — усилитель, РД — реверсивный двигатель, Р — редуктор, КУ — корректирующее устройство, ВУ— выходное устройство.
Звенья прямой передачи сигнала или прямого тракта системы (ИЦ, У, РД, Р), охваченные корректирующим устройством КУ, образуют следящую систему (СС) и обеспечивают автоматизацию процесса измерения. Принцип действия СС заключается в сравнении измеряемой величины UK, поступающей от ПП, с компенсирующей ее величиной UK, вырабатываемой КУ. Разность этих величин усиливается и подается на РД, который, воздействуя через Р на КУ, одновременно обеспечивает работу ВУ. Равновесие системы наступает при .
Это равновесие возможно в астатической системе, необходимым условием которой является наличие в прямом тракте передачи сигнала интегрирующего звена. В данном случае интегрирующим звеном является РД — скорость поворота его выходного вала пропорциональна поданному на управляющую обмотку напряжению.
где α — угол поворота выходного вала РД; k — постоянный коэффициент; U2 — выходное напряжение У.
В действительности при равновесии , а определяется порогом чувствительности — минимальным значением ΔU, приводящим к троганию двигатель, и инерционностью используемых звеньев системы.
По типу измерительных систем существующие АИП непрерывного действия подразделяют на:
Мосты с уравновешиванием по одному параметру. Например, автоматический мост для измерения температуры применяется для измерения температуры с помощью терморезистора.
Потенциометры постоянного тока. В качестве примера реализации автоматического устройства, использующего компенсационный метод измерения, рассмотрим потенциометр, работающий в комплекте с термопарой, на концах которой создается термо-ЭДС. Современные автоматические потенциометры для измерения температуры снабжаются стабилизированными источниками питания. Они не имеют нормального элемента и режима автоматической установки рабочих токов.
Приборы с дифференциально- трансформаторной системой. Основными узлами измерительной цепи являются дифференциальный трансформаторный преобразователь и компенсационный дифференциальный трансформатор. Дифференциально- трансформаторные измерительные системы нашли широкое применение для измерения давления (автоматический манометр), уровня жидкости (уровнемер), расхода жидкости (расходомер).
2. ЭЛЕКТРОННЫЕ АНАЛОГОВЫЕ ВОЛЬТМЕТРЫ
В этих приборах измеряемое напряжение преобразуется с помощью электронных устройств в постоянный ток, который воздействует на магнитоэлектрический измерительный механизм со шкалой, градуированной в единицах напряжения. Электронные вольтметры (ЭВ) обладают широким диапазоном измерения (от десятков нановольт до десятков киловольт), большим входным сопротивлением (единицы мегаом), широким частотным диапазоном (от нуля до сотен мегагерц).
Вольтметры постоянного напряжения. Упрощенная структура: усилитель входной, усилитель постоянного тока, магнитоэлектрический измерительный механизм. Предел измерения этих приборов не бывает ниже десятков милливольт.
Вольтметры переменного напряжения. Структура такого вольтметра включает в себя преобразователь переменного напряжения, усилитель постоянного или переменного тока и магнитоэлектрический измерительный механизм. Электронный вольтметр имеет широкий частотный диапазон (до 10 3 МГц), но невысокую чувствительность. Предел измерения таких вольтметров — десятки милливольт.
Универсальные вольтметры. Эти вольтметры предназначены для измерения постоянного и переменного напряжений, а также для измерения сопротивления. Появление высокостабильных операционных усилителей с малым дрейфом позволяет существенно снизить порог чувствительности в режиме измерения переменного напряжения при сохранении достаточно широкого частотного диапазона.
Импульсные вольтметры. Эти вольтметры используются для измерения амплитуды импульсных сигналов различной формы. Особенностью их работы является малая длительность измеряемых импульсов (10 — 100 нс), большая скважность (до 10 9 ). Импульсные вольтметры градуируются в амплитудных значениях напряжений. В современных приборах используются компенсационные схемы амплитудных преобразователей.
Вольтметры селективные. Это вольтметры предназначены для измерения действующего значения напряжения в некоторой полосе частот или отдельных гармонических составляющих несинусоидального напряжения.
3. ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ
Электронные омметры имеют широкий диапазон измерения (10 -4 — 10 12 Ом) и служат для измерения сопротивлений резисторов, изоляции, контактов и т д. Погрешность этих приборов составляет от единиц процентов до 10% (при измерении больших сопротивлений). В основу построения омметров положено преобразование измеряемого сопротивления в постоянное напряжение от источника стабилизированного напряжения, которое подается на магнитоэлектрический измерительный механизм.
Электронные приборы для измерения индуктивности катушки Z, емкости конденсатора С и добротности контура Q. Эти приборы чаще всего используют принцип, основанный на явлении резонанса в LC-контуре.
4. ЭЛЕКТРОННЫЕ ЧАСТОТОМЕРЫ И ФАЗОМЕТРЫ
4.1. Электронный частотомер
Электронно-счетные частотомеры. Принцип действия электронно-счетных частотомеров (ЭСЧ) основан на подсчете количества импульсов, сформированных входными цепями из периодического сигнала произвольной формы, за определенный интервал времени.
Резонансные частотомеры. Принцип действия резонансных частотомеров основан на сравнении частоты входного сигнала с собственной резонансной частотой перестраиваемого резонатора.
Гетеродинные частотомеры. Принцип действия гетеродинных частотомеров основан на сравнении частоты входного сигнала с частотой перестраиваемого вспомогательного генератора (гетеродина) с помощью т. н. метода нулевых биений.
Конденсаторные частотомеры. Электронные конденсаторные частотомеры применяются для измерения частот в диапазоне от 10 до 1000Гц. Принцип таких частотомеров основывается на попеременном заряде конденсаторов от батареи с последующим его разрядом через магнитоэлектрический механизм.
Вибрационные (язычковые) частотомеры. Представляет собой прибор с подвижной частью в виде набора упругих Элементов (пластинок, язычков), приводимых в резонансные колебания при воздействии переменного магнитного или электрического поля.
Аналоговые стрелочные частотомеры. Аналоговые частотомеры по применяемому измерительному механизму бывают электромагнитной, электродинамической и магнитоэлектрической систем. В основе работы их лежит использование частотозависимой цепи, модуль полного сопротивления которой зависит от частоты.
4.2. Электронные фазометры
Фазометр — электроизмерительный прибор, предназначенный для измерения углов сдвига фаз между двумя изменяющимися периодически электрическими колебаниями, например в трёхфазной системе электроснабжения.
Фазометры очень часто применяются в электроустановках для определения коэффициента реактивной мощности cosφ. Фазометры находят применение при разработке, регулировке и эксплуатации электронных и электротехнических аппаратов и устройств.
5. ЭЛЕКТРОННЫЕ ВАТТМЕТРЫ И СЧЕТЧИКИ
Электронные ваттметры строятся на основе измерительного преобразователя мощности в напряжение, на выходе которого устанавливается магнитоэлектрический механизм.
Принцип работы преобразователей заключается в реализации зависимости . Отсюда следует, что необходимым элементом является устройство для перемножения u и i — множительное устройство (МУ). Различают параметрические и модуляционные МУ.
Наиболее точными являются модуляционные МУ, основанные на двойной модуляции импульсных сигналов — широтно-импульсной и амплитудно-импульсной.
Электронные счетчики активной энергии строятся на основе рассмотренных преобразователей с последующим интегрированием выходной величины в соответствии с зависимостью .
6. ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫЕ ОСЦИЛЛОГРАФЫ
Электронно-лучевые осциллографы (ЭЛО) предназначены для визуального наблюдения, измерения и регистрации электрических сигналов. Они также могут быть использованы для измерения частоты, угла сдвига фаз, составляющих комплексного сопротивления и т.д.
В настоящее время выпускается множество осциллографов, различающихся назначением и характеристиками. Кроме универсальных ЭЛО, которые используются при периодических и непериодических сигналах непрерывного и импульсного характера, выпускаются запоминающие ЭЛО для регистрации одиночных импульсов, стробоскопические для исследования высокочастотных процессов, цифровые ЭЛО и др.
Осциллографы различаются чувствительностью, полосой пропускания, погрешностью воспроизведения формы кривой.
Основными узлами ЭЛО являются электронно-лучевая трубка ЭЛТ, делитель напряжения ДН, усилители вертикального УВО и горизонтального УГО отклонения, калибраторы амплитуды КА и длительности КД, генератор развертки ГР, блок синхронизации БС.
Электронно-лучевой осциллограф может использоваться не только для наблюдения формы сигнала, но и для измерения параметров сигнала и параметров цепи.
Измерение мгновенного значения напряжения. Измеряемое напряжение определяется непосредственно с помощью градуированной сетки экрана осциллографа, при использовании значений коэффициентов усиления усилителя вертикального отклонения, обозначенных на передней панели ЭЛО в милливольтах на сантиметр или в вольтах на сантиметр. Измеренное амплитудное значение напряжения в вольтах равно произведению измеренного в сантиметрах по шкале экрана длины отрезка l, соответствующего амплитуде входного напряжения, и масштаба градуировки ky, т е .
Этому способу измерения напряжения присуща погрешность отсчета— субъективная погрешность Для уменьшения ее используют; двойную шкалу, нанесенную как с внутренней, так и с наружной стороны трубки или изготавливают безпараллаксные шкалы из прозрачного материала с линиями на двух сторонах Погрешность измерения напряжения этим способом находится на уровне 4 — 7%.
Измерение частоты. Наиболее распространенным является способ сравнения неизвестной частоты с эталонной по фигурам Лиссажу.
Для проведения измерения необходимо на экране ЭЛО получить неподвижное изображение сигнала, на котором будут видны яркие метки с темными промежутками Зная количество меток за период исследуемого сигнала и частоту следования меток, можно определить частоту измеряемого сигнала.
Измерение сдвига фаз. Одним из методов измерения сдвига фаз между двумя синусоидальными функциями является использование фигуры Лиссажу — метод эллипса.
Измерение входного сопротивления двухполюсника. Измерение входного комплексного сопротивления любого двухполюсника сводится к измерению значения входного напряжения, тока и угла сдвига фаз между ними
Стробоскопические осциллографы. Используются для исследования быстропротекающих процессов или очень коротких импульсов (периодически повторяющихся или искусственно превращаемых в периодическую последовательность).
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 величин в электрические, электроизмерительные приборы можно использовать для измерения самых разных физических величин, что ещё больше расширяет диапазон их применения.
Содержание
1.Введение.
2.Обозначения электроизмерительных приборов.
3. Магнитоэлектрические приборы.
4. Электромагнитные приборы.
5. Измерение тока и напряжения.
6.Заключение.
7.Список используемой литературы.
Работа содержит 1 файл
электроизмерительные приборы 1.docx
2.Обозначения электроизмерительных приборов.
3. Магнитоэлектрические приборы.
4. Электромагнитные приборы.
5. Измерение тока и напряжения.
6.Заключение.
7.Список используемой литературы.
Электроизмерительные приборы - техническое устройство с помощью которого происходит измерение электрических величин.
Средства электрических измерений широко применяются в энергетике , связ и , промышленности , на транспорте , в научных исследованиях, медиц ине , а также в быту — для учёта потребляемой электроэнергии . Используя специальные датчики для преобразования величин в электрические, электроизмерительные приборы можно использовать для измерения самых разных физических величин, что ещё больше расширяет диапазон их применения.
Они служат для контроля режима работы электрических установок, их испытания и учета расходуемой электрической энергии. В зависимости от назначения электроизмерительные приборы подразделяют на амперметры (измерители тока), вольтметры (измерители напряжения), ваттметры (измерители мощности), омметры (измерители сопротивления), частотомеры (измерители частоты переменного тока), счетчики электрической энергии и др. Различают две категории электроизмерительных приборов: рабочие — для контроля режима работы электрических установок в производственных условиях и образцовые — для градуировки и периодической проверки рабочих приборов.
Электроизмерительные приборы будут крайне полезны как в быту, так и для исправления неисправностей, а также они понадобятся для профессиональных процедур с электроприборами.
2.Обозначения электроизмерительных приборов.
По конструкции отсчетного устройства показывающие приборы делятся на приборы с механическим указателем (стрелочные), со световым указателем (зеркальные), с пишущим устройством (самопишущие) и электронные приборы со стрелочным или цифровым указателем отсчета. В стрелочных приборах измерительный механизм поворачивает стрелку на некоторый угол, который определяет значение измеряемой величины (шкала прибора проградуирована в соответствующих единицах: амперах, вольтах, ваттах и пр.).
В электроизмерительных приборах сравнения измерения осуществляются путем сравнения измеряемой величины с какой-либо образцовой мерой или эталоном. К ним относятся различные мосты для измерения сопротивлении и компенсационные измерительные устройства (потенциометры). Последние измеряют разность между измеряемым напряжением или э. д. с. и компенсирующим образцовым напряжением (э. д. с). В качестве сравнивающего прибора обычно используют гальванометр.
Действие электроизмерительных приборов непосредственной оценки основано на различных проявлениях электрического тока (магнитном, тепловом, электродинамическом и пр.), используя которые можно при помощи различных измерительных механизмов вызвать перемещение стрелки.
В зависимости от принципа действия, положенного в основу устройства измерительного механизма, электроизмерительные приборы относятся к различным системам: магнитоэлектрической, электромагнитной, электродинамической, тепловой, индукционной и др. Приборы каждой из этих систем имеют свои условные обозначения.
Приборы могут выполняться с противодействующей возвратной пружиной и без пружины. В последнем случае они называются логометрами.
Обозначения:
Магнитоэлектрический прибор с подвижной рамкой
Магнитоэлектрический прибор с подвижным магнитом
Электродинамический прибор
Электромагнитный прибор
Ферродинамический прибор
Индукционный прибор
Электростатический прибор
Вибрационный (язычковый) прибор
Тепловой прибор (с нагреваемой проволокой)
Биметаллический прибор
Термоэлектрический прибор с магнитоэлектрическим измерительным механизмом
Выпрямительный прибор с магнитоэлектрическим измерительным механизмом
3. Магнитоэлектрические приборы.
Устройство и принцип действия. Магнитоэлектрический измерительный механизм (рис. 321,а) выполнен в виде постоянного магнита 1, снабженного полюсными наконечниками 2, между которыми укреплен стальной сердечник 3. В кольцеобразном воздушном зазоре, образованном полюсными наконечниками и сердечником, помещена подвижная катушка 5, намотанная на алюминиевый каркас 6 (рис. 321,б). Катушка выполнена из очень тонкого провода и укреплена на оси, связанной со стрелкой спиральными пружинами 4 или растяжками. Через эти же пружины или растяжки осуществляется подвод тока к катушке.
При прохождении тока I по катушке на каждый из ее проводников будет действовать электромагнитная сила. Суммарное действие всех электромагнитных сил создает вращающий момент М, стремящийся повернуть катушку и связанную с ней стрелку прибора на некоторый угол ?. Так как индукция В магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом, неизменна и не зависит от тока I, то
M = c1I (93)
где c1 — постоянная величина, зависящая от конструктивных параметров данного прибора (числа витков катушки, ее размеров, индукции В в воздушном зазоре).
Рис. 321. Устройство магнитоэлектрического измерительного механизма
Воздушный демпфер (рис. 322, а) выполнен в виде цилиндрической камеры, внутри которой перемещается крыло 1 в виде поршня, связанного с подвижной системой. При перемещении подвижной части происходит торможение движущегося в камере 2 крыла, и колебания подвижной части быстро затухают.
Магнитно-индукционный демпфер (рис. 322, б) выполнен в виде неподвижного постоянного магнита 3, который при повороте подвижной системы прибора индуцирует вихревые токи в металлическом (алюминиевом) секторе 4, установленном на оси прибора.
Рис. 322. Воздушный (а) и магнитно-индукционный (б) демпферы
Взаимодействие этих токов с магнитом создает согласно правилу Ленца силу, тормозящую подвижную систему и обеспечивающую быстрое затухание колебаний стрелки. В магнитоэлектрических приборах роль демпфера выполняет алюминиевый каркас 6 катушки (см. рис. 321,б). При повороте подвижной части прибора изменяется магнитный поток, пронизывающий каркас катушки. Благодаря этому в каркасе индуцируются вихревые токи, взаимодействие которых с магнитным полем магнита создает тормозной момент, обеспечивающий быстрое успокоение подвижной части.
Применение прибора. Приборы магнитоэлектрической системы применяют для измерения тока и напряжения в электрических цепях постоянного тока. В частности, на э.п.с. и тепловозах их используют в качестве амперметров и вольтметров. В амперметрах и вольтметрах катушка прибора имеет различное сопротивление и включается по различным схемам.
Достоинством приборов магнитоэлектрической системы являются равномерность шкалы, высокая точность и независимость показаний от посторонних магнитных полей. К недостаткам их относятся непригодность для измерения переменного тока, необходимость соблюдения полярности при включении и чувствительность к перегрузкам (при перегрузке тонкая проволока катушки и спиральные пружины, подводящие к ней ток, могут сгореть).
4.Электромагнитные приборы.
Электромагнитные приборы и их Устройство. Принцип работы приборов этой системы основан на взаимодействии магнитного поля, создаваемого катушкой 1 со стальным сердечником 3, помещенным в поле этой катушки. Электромагнитный изме рительный механизм выполняют с плоской (рис. 324, а) или круглой (рис. 324,б) катушкой.
В приборах с плоской катушкой сердечник установлен на оси, несущей стрелку. При прохождении тока по катушке 1 сердечник 3 будет намагничиваться и втягиваться в катушку, поворачивая ось и стрелку. Повороту оси препятствует спиральная пружина 2. Когда усилие, создаваемое пружиной, уравновесит усилие, созданное катушкой, подвижная система прибора остановится и стрелка зафиксирует на шкале определенный ток.
Вращающий момент, воздействующий на подвижную часть прибора, пропорционален силе притяжения F электромагнита, под действием которой сердечник втягивается в катушку. Сила притя-
Рис. 324. Устройство электромагнитных измерительных механизмов с плоской (а) и круглой (б) катушками
жения F, как было показано в § 93, пропорциональна квадрату индукции в, создаваемой магнитным полем катушки; следовательно, она пропорциональна квадрату тока I в катушке. Поэтому вращающий момент
M = c1I 2 (96)
где c1 — постоянная величина, зависящая от конструктивных параметров прибора (числа витков и размеров катушки, материала и формы сердечника) и положения сердечника относительно катушки.
При втягивании сердечника в катушку вращающий момент М изменяется пропорционально I 2 .
Под действием момента М подвижная часть прибора будет поворачиваться до тех пор, пока этот момент не будет уравновешен противодействующим моментом Mпр = c2?, созданным пружинами или растяжками. В момент равновесия М = Mпр, откуда
α= (c1/c2) I 2 = kI 2 (97)
где к — постоянная величина.
Следовательно, в приборах с электромагнитным измерительным механизмом угол поворота а подвижной части и стрелки пропорционален квадрату тока, проходящего по катушке. Поэтому
такой прибор имеет неравномерную (квадратичную) шкалу. Для сглаживания этой неравномерности сердечнику придается особая лепестко-образная форма, вследствие чего форма магнитного поля и усилие, создаваемое катушкой, изменяются по мере втягивания сердечника.
Устранение колебаний подвижной системы прибора при переходе стрелки из одного положения в другое осуществляется демпфером 5.
В приборах с круглой катушкой подвижная система поворачивается в результате взаимодействия двух стальных намагничиваю-
Читайте также: