ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН 2 страница

В — приборы для измерения напряжений: В1 — калибраторы; В2 — вольтметры постоянного тока; ВЗ — вольтметры перемен­ного тока; В4 — вольтметры импульсного тока; В6 — вольтметры селективные; В7 — вольтметры универсальные;

Г — измерительные усилители и генераторы: ГЗ — генераторы гармонических колебаний низкочастотные; Г4 — генераторы гар­монических колебаний высокочастотные; Г5 — генераторы им­пульсные; Г6 — генераторы функциональные;

Е — приборы для измерения распределенных параметров элек­трических цепей;

С — приборы для наблюдения за формой сигналов и ее иссле­дования;

Ч — частотомеры;

Ф — измерители фазового сдвига и т.д.

Достоинства: электронные приборы при сравнении их с элек­тромеханическими обладают значительным быстродействием, ши­роким частотным диапазоном (20 Гц... 1000 МГц) и диапазоном измеряемых величин, высокой чувствительностью, хорошей пе­регрузочной способностью.

Аналоговые электронные измерительные приборы состоят из элек­тронной части, предназначенной для преобразования, вы­прямления, усиления электрической величины, и измерительного механизма магнитоэлектрической системы, а в осциллографах — электронно-лучевой трубки. Эти приборы используют в качестве вольтметров, частотомеров, осциллографов, измерителей сопро­тивления, емкости, индуктивности, параметров транзисторов, ин­тегральных схем и др.

Электронные вольтметры (ЭВ) составляют наиболее обшир­ную группу электронных приборов. Основное их назначение — измерение напряжения в цепях постоянного, переменного тока в широком диапазоне частот.

Электронные вольтметры можно классифицировать по следу­ющим признакам:

^{способу} измерения -

I----- 1 I------- 1 I------ 1 приборы непосредственной оценки

Рис. 2.19. Структурная схема ^и приборы сравнения; электронного вольтметра по- назначению - приборы по­стоянного тока стоянного, переменного, импульс­ного напряжений, универсальные (постоянного и переменного напряжений) и селективные (с час­тотно-избирательными свойствами);

характеру измеряемого напряжения — амплитуд­ные (пиковые), действующего и среднего значений;

частотному диапазону — низкочастотные и высокоча­стотные.

Электронные вольтметры постоянного тока. Структурная схема ЭВ (рис. 2.19) состоит из: делителя входного напряжения, усили­теля постоянного тока, магнитоэлектрического измерительного механизма.

Измеряемое напряжение постоянного тока поступает на вход­ное устройство ВУ, представляющее собой многопредельный вы- сокоомный резисторный делитель напряжения. Сигнал с ВУ по­ступает на вход усилителя постоянного тока УПТ, который поми­мо функций усиления сигнала по напряжению и мощности, со­гласует высокое выходное сопротивление ВУ с малым сопротив­лением рамки измерительного механизма ИМ магнитоэлектри­ческой системы. Функция преобразования такого вольтметра

а = АВУ-^упт^ИУ = K_VU_X, (2.47)

где у, ЛГупт, K_v — коэффициенты преобразования ВУ, УПТ и электронного вольтметра соответственно; 5"_Иу — чувствительность ИМ по напряжению.

Входное сопротивление электронных вольтметров составляет десятки мегаом, что практически исключает их влияние на объект измерения.

При измерении малых напряжений начинает сказываться дрейф нуля УПТ, поэтому в электронных микровольтметрах исключают УПТ, постоянный ток преобразовывают с помощью модулятора в переменный и используют усилитель переменного напряжения.

Технические характеристики: диапазон измеряемых напряжений для вольтметров: 10 мВ... 1000 В и для микровольтметров Ю^-8... 1 В. Классы точности: 1,5; 2,5. Шкала — линейная.

Электронные вольтметры переменного тока. Структурная схема, приведенная на рис. 2.20, а, используется в вольтметрах для изме­рения напряжений значительного уровня. Измеряемое напряже­ние, после прохождения входного устройства ВУ, преобразуется детектором Д в напряжение постоянного тока, которое усилива­ется УПТ и поступает на измерительный механизм ИМ магнито­электрической системы. Частотные характеристики таких волът-

б Рис. 2.20. Упрощенные структурные схемы приборов: а — электронного вольтметра; б — электронного милливольтметра

метров определяются только входным устройством и детектором и составляют 10 Гц...1 ГГц. Диапазон измеряемых напряжений начинается с 0,1 В и выше.

Другая структурная схема (рис. 2.20,5) применяется в милли­вольтметрах, поскольку обладает большей чувствительностью за счет использования дополнительного усилителя. Измеряемое на­пряжение, после прохождения входного устройства ВУ, посту­пает на вход усилителя переменного напряжения УН, далее на вход детектора Д и через усилитель постоянного тока УПТ на измерительный механизм ИМ. Частотный диапазон таких прибо­ров определяется частотными характеристиками усилителя пере­менного тока (трудно изготовить широкополосный усилитель пе­ременного тока) и ограничивается до 1 МГц. Диапазон измеряе­мых напряжений составляет от единиц милливольт до нескольких сотен вольт.

Элементная база, используемая при создании вольтметров пе­ременного тока, определяется существующим уровнем техники (от полупроводниковых образцов до микроинтегрального исполнения), а функциональное назначение блоков схемы при этом не меняется.

Важным элементом, существенно влияющим на метрологи­ческие характеристики вольтметров, являются детекторы, вы­полняющие функцию преобразователей переменного напряже­ния в постоянное напряжение. Напряжение на выходе детектора может быть пропорционально амплитудному, средневыпрямлен- ному и среднеквадратичному значению измеряемого напряже­ния. Эксплуатационные свойства вольтметра зависят от типа де­тектора. Например, вольтметры с амплитудными детекторами являются самыми высокочастотными; вольтметры с детектора­ми среднеквадратичного (действующего) значения измеряют на­пряжение любой формы; вольтметры среднего (средневыпрям- ленного) значения пригодны для измерения только гармони­ческого сигнала. Шкалу электронных вольтметров обычно граду­ируют в действующих значениях синусоидального сигнала.

Электронный вольтметр среднего значения. Простейший вольт­метр для измерения относительно высоких напряжений может быть выполнен по структурной схеме, приведенной на рис. 2.20, а. Вы­прямитель состоит из полупроводниковых диодов, работающих на линейном участке вольт-амперной характеристики. Широкий диапазон измерений ЭВ обеспечивается с помощью входного де­лителя.

Достоинства: диапазон измеряемых напряжений — по частоте 10 Гц... 10 МГц, по напряжению 1 мВ...300 В.

Недостатки', показания ЭВ среднего значения зависят от фор­мы кривой измеряемого напряжения.

Амплитудный электронный вольтметр (диодно-конденсаторный). Показания такого ЭВ пропорциональны амплитудному значению из­меряемого напряжения. Такие вольтметры позволяют измерять ам­плитуду импульсов с минимальной длительностью до десятых долей микросекунды и скважностью 2 ... 500. Верхняя граница частотного диапазона измерения определяется частотными свойствами диода, значениями монтажных емкостей и индуктивностью подводящих проводов; нижняя граница — постоянной времени разряда кон­денсатора, и чем больше ее значение, тем ниже граничная частота.

Диодные (как и транзисторные) амплитудные детекторы при малых напряжениях вносят в измеряемый сигнал значительные нелинейные искажения, поэтому в последнее время применяют амплитудные детекторы на интегральных микросхемах — опера­ционных усилителях.

Достоинства: диапазон измерений по частоте 20 Гц... 1000 МГц, по напряжению 100 мВ... 1000 В; классы точности 4,0; 10,0; вход­ное сопротивление 100 кОм...5 МОм.

Недостатки: зависимость показаний ЭВ от формы сигнала.

Электронный вольтметр действующего значения. В схеме такого ЭВ выпрямитель состоит из полупроводниковых диодов, исполь­зующих квадратичный участок вольт-амперной характеристики. Для увеличения протяженности этого участка применяют преобразо­ватели на диодных цепочках. Основное достоинство этих преобра­зователей заключается в независимости показаний на выходе от формы кривой измеряемого напряжения. Для расширения преде­лов измерения ЭВ на переменном токе используются емкостные делители напряжения.

Достоинства: высокая чувствительность (за счет усилительных свойств); малое потребление энергии; диапазон измерений по ча­стоте 20 Гц...50 МГц, по напряжению 1 мВ... 1000 В; классы точ­ности: 2,5; 4,0; 10,0; 15,0.

Недостатки: высокая стоимость; ограниченная точность; не­обходимость переградуировки при замене элементной базы.

Электронный омметр. Он представляет собой электронный вольтметр постоянного тока, имеющий измерительную схему, преобразующую измеряемое сопротивление в пропорциональное ему постоянное напряжение.

Шкалу такого вольтметра градуируют в единицах измеряемо­го сопротивления и применяют его в качестве омметра. Расши­
рение пределов измерения осуществляется с помощью образцо­вых резисторов.

Технические характеристики: большое входное сопротивление, диапазон измерения 10 Ом... 1000 МОм, погрешность 2...4 %, воз­можно измерение очень больших сопротивлений (тераомметры) с погрешностью до 10 %.

2.6. ЦИФРОВЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

Цифровые измерительные приборы (ЦИП) — это многопре­дельные, универсальные приборы, предназначенные для измере­ния различных электрических величин: переменного и постоян­ного тока и напряжения, емкости, индуктивности, временных параметров сигнала (частоты, периода, длительности импульсов) и регистрации формы сигнала, его спектра и т.д.

В цифровых измерительных приборах входная измеряемая ана­логовая (непрерывная) величина автоматически преобразуется в соответствующую дискретную величину с последующим представ­лением результата измерения в цифровой форме.

По принципу действия и конструктивному исполнению циф­ровые приборы разделяют на электромеханические и электрон­ные. Электромеханические приборы имеют высокую точность, но малую скорость измерений. В электронных приборах используется современная база электроники.

Несмотря на схемные и конструктивные особенности, прин­цип построения цифровых приборов одинаков (рис. 2.21).

Измеряемая величина Xпоступает на входное устройство при­бора ВУ, где происходит масштабное преобразование. С входного устройства сигнал поступает на аналого-цифровой преобразова­тель АЦП, где аналоговый сигнал преобразуется в соответству­ющий код, который отображается в виде числового значения на цифровом отсчетном устройстве ЦОУ. Для получения всех управ­ляющих сигналов в цифровом приборе предусмотрено устройство управления (УУ) (на рис. 2.21 не показано).

Входное устройство цифрового прибора устроено аналогично электронному прибору, а в некоторых конструкциях на его входе используется фильтр для исключения помех.

В зависимости от принципа аналого-цифрового преобразова­ния (АЦП) цифровые измерительные приборы разделяют на уст­ройства прямого преобразования и компенсационные (с уравновешива­ющим преобразованием).

Основными элементами ЦИП яв­ляются триггеры (электронное уст­ройство с двумя устойчивыми со­
стояниями), дешифраторы (преобразователь кода с одним ос­нованием в код с другим основанием) и знаковые индикаторы (преобразователь электрического сигнала в световой). Несколь­ко знаковых индикаторов образуют цифровое отсчетное устрой­ство. К наиболее важным характеристикам ЦИП относятся: раз­решающая способность, входное сопротивление, быстродействие, точность, помехозащищенность. Разрешающая способность ЦИП определяется изменением цифрового отсчета, приходящегося на единицу младшего разряда. Входное сопротивление ЦИП характе­ризует мощность, потребляемую им от объекта измерения. Быстро­действие ЦИП оценивается числом измерений в секунду. Точность измерений ЦИП отражает близость их результатов к истинному значению измеряемой величины. Класс точности ЦИП определя­ется пределом допускаемой относительной погрешности

где cud — постоянные числа, характеризующие класс точности ЦИП соответственно в конце и начале диапазона; Х_к — конеч­ное значение диапазона. Класс точности обозначается в виде дроби c/d, например класс 0,02/0,01.

Помехоустойчивость ЦИП определяется степенью подавления помех на его входе и характеризуется коэффициентом подавления помех

К= 20 lg(£_noM/^o),

где Е_ПОМ — амплитудное значение помехи на входе прибора; U₀ — эквивалентное входное постоянное напряжение, вызывающее та­кое же изменение показаний прибора, что и Е_пш.

Технические характеристики типичного универсального ЦИП:

20 мВ... 1кВ, 0,2 мА.,.2 А, 200 МОм.,.10 МОм

Абсолютная погрешность от верхнего

предела измерений, %....................................

Стабильность от верхнего предела измерений, %:

за сутки

за 6 мес.....................................

Разрешение.....................................

Время выполнения операции Входные характеристики:

сопротивление, МОм..............

емкость, пФ.............................

частота (для переменного напряжения)

Достоинства: высокая чувствительность (по напряжению посто­янного тока 1 нВ, по напряжению переменного тока 1 мкВ, по постоянному току 1 нА, по переменному току 5 мкА, по сопротив­лению постоянному току 10 мкОм, по частоте от долей Гц). Высо­кая точность измерения (ЦИП подразделяют на восемь классов точности: 0,005; 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0). Удобство и объек­тивность отсчета и регистрации; возможность дистанционной пе­редачи результата измерения в виде кодовых сигналов без потери точности; возможность сочетания ЦИП с вычислительными ма­шинами и другими автоматическими устройствами, высокая поме­хозащищенность.

Недостатки: сложность устройств и, следовательно, высокая их стоимость, невысокая надежность.

Перспективы развития ЦИП: достигнутый уровень метрологи­ческих характеристик в целом удовлетворяет требованиям практи­ки и приближается к характеристикам соответствующих эталонов, поэтому основные усилия разработчиков направлены на повыше­ние надежности ЦИП и создание ЦИП с расширенными функци­ональными возможностями, обеспечивающих потребителю макси­мум эксплуатационных удобств, что естественно связано с широ­ким применением микроэлектроники и микропроцессорной тех­ники.

Микропроцессор — это устройство, предназначенное для вы­полнения вычислительных и логических функций в соответствии с поступающими командами и выполненное на БИС. В сочетании с другими устройствами: блоками памяти, устройствами ввода- вывода и управления (УУ) микропроцессор образует микроЭВМ, и ее технические возможности удовлетворяют большинство тре­бований, предъявленных со стороны ЦИП. МикроЭВМ осуще­ствляет функции управления работой ЦИП и обработку проме­жуточных и окончательных результатов. Высокая точность обеспе­чивается за счет использования микроЭВМ для автоматической коррекции погрешности (внесение поправок в результат каждого измерения — по аддитивной и мультипликативной составляющей). Повышение надежности ЦИП осуществляется в основном про­граммным путем.

Применение микропроцессорных систем в измерительной тех­нике повышает точность приборов, расширяет их возможности, упрощает управление процессом измерений, автоматизирует ка­либровку и поверку приборов, позволяет выполнять вычислитель­ные операции и создавать полностью автоматизированные при­боры с улучшенными метрологическими характеристиками.

Контрольные вопросы

1. Назовите общие узлы и детали электромеханических приборов раз­личных систем.

2. Приведите структурную схему электромеханического измеритель­ного прибора.

3. Приведите классификацию измерительных приборов.

4. Сравните по точности электромеханические приборы различных систем.

5. Сравните по защищенности от воздействия внешнего магнитного поля электромеханические приборы различных систем.

6. Выведите уравнение шкалы прибора магнитоэлектрической системы.

7. Как создается противодействующий момент у приборов различных систем?

8. Имеет ли класс точности гальванометр магнитоэлектрической си­стемы?

9. Назовите режимы движения подвижной части гальванометра.

10. Что такое логометр?

11. Для измерения каких физических величин используются логометры?

12. Сравните по точности приборы магнитоэлектрической и электро­магнитной систем.

13. Выведите уравнение шкалы прибора электродинамической си­стемы.

14. Как расширяют диапазон измерений по току и напряжению у при­боров электродинамической системы?

15. В чем отличие приборов электродинамической системы от прибо­ров ферродинамической системы?

16. Отличаются ли показания приборов электродинамической систе­мы при измерении постоянного и переменного тока?

17. Перечислите достоинства и недостатки электростатических при­боров.

18. Объясните устройство и работу приборов индукционной системы.

19. В чем отличие номинальной постоянной счетчика от действи­тельной?

20. Как осуществляется температурная и частотная коррекции у при­боров выпрямительной системы?

21. Перечислите основные достоинства термоэлектрических приборов.

22. На какие группы делятся электронные аналоговые приборы?

23. Расскажите принцип работы компенсатора постоянного тока.

24. Какие существуют виды компенсаторов переменного тока и в чем их отличие?

25. Сформулируйте отличительные признаки мостов постоянного и переменного тока.

26. В чем отличие цифровых приборов от аналоговых?

27. Перечислите основные функциональные узлы цифровых измери­тельных приборов.

28. Как меняются характеристики ЦИП от применения в них микро­процессоров?

ГЛАВА 3

ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

3.1. ИЗМЕРЕНИЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА, НАПРЯЖЕНИЯ И КОЛИЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСТВА

Постоянный ток и напряжение измеряются в основном с по­мощью магнитоэлектрических амперметров и вольтметров с пре­делами измерений 0,1 мкА...6 кА и 0,3 мВ...1,5 кВ, а также с помощью аналоговых электромагнитных, электродинамических, ферродинамических, электростатических, цифровых приборов, по­тенциометров (компенсаторов) постоянного тока. Для определе­ния малых количеств электричества быстропротекающих импуль­сов тока используются баллистические гальванометры, для боль­ших количеств электричества — кулонометры.

Выбор измерителя обусловлен мощностью объекта измере­ния и необходимой точностью. При включении прибора в изме­рительную цепь он изменяет ее параметры. Для уменьшения ме­тодической погрешности при измерении напряжения сопротив­ление вольтметра должно быть как можно большим, а при из­мерении тока сопротивление амперметра — как можно мень­шим. Тогда и потребление мощности от объекта измерения бу­дет малым.

Измерительный механизм магнитоэлектрических амперметров и вольтметров принципиально не различаются, а в зависимости от назначения прибора меняется его измерительная цепь. В ампер­метрах ИМ непосредственно или с помощью шунта включается в цепь последовательно с нагрузкой. В вольтметрах последовательно с ИМ включается добавочный резистор, и прибор подключается к тем точкам схемы, между которыми необходимо измерить на­пряжение. Характер измерительной цепи также определяется до­пустимой температурной погрешностью и пределом измерения прибора. Для компенсации температурной погрешности необхо­димо применять специальные схемы температурной компенса­ции.

Измерение малых токов и напряжений. Прямое измерение этих физических величин выполняют с помощью гальванометров маг­нитоэлектрической системы (от 0,1 нА и от 1 нВ), цифровых пи- коамперметров (от 1 нА), микровольтметров (от 10 мкВ), нано- вольтметров (от 10 нВ), компенсаторов (от 1 мкВ).

Косвенное измерение осуществляют: с помощью компенсато­ров (до 10 нА); по величине заряда конденсатора (до 1 нА); элек­трометров (до 10 нА).

Измерение небольших количеств электричеств. Для измере­ния небольших количеств электричества в кратковременных им­пульсах тока применяют баллистический гальванометр (БГ). Он является разновидностью магнитоэлектрического гальваномет­ра. В отличие от обычных магнитоэлектрических гальваномет­ров, БГ имеет искусственно увеличенный момент инерции под­вижной части за счет увеличения ее веса и, следовательно, зна­чительно больший период собственных колебаний, равный 15...30 с.

Измерения больших количеств электричества. Для измерения количества электричества, протекающего за большой промежу­ток времени (несколько часов), применяют кулон-метры. Длитель­ность измеряемых импульсов 0,05 ...0,2 с, амплитуда 2...200 мА, форма импульсов прямоугольная. Прибор имеет магнитоэлектри­ческий ИМ, особенностью которого является отсутствие проти­водействующего момента. Подвод тока к обмотке рамки осуще­ствляется с помощью безмоментных спиралей. Обмотка рамки вы­полнена из медного провода, намотанного на толстый алюмини­евый каркас, в котором при движении рамки индуцируется ток, создающий тормозной момент. Под действием вращающего и тор­мозного моментов рамка поворачивается с постоянной, пропор­циональной току, скоростью в течение всего времени, пока длит­ся импульс тока.

Измерение ЭДС. Для этих целей используют компенсатор по­стоянного тока. Существуют электромеханические, гальваномет­рические и электрометрические компенсаторы, которые отлича­ются чувствительностью и входным сопротивлением.

Для измерения ЭДС источников с большим внутренним со­противлением или напряжений в высокоомных цепях целесооб­разно использовать дифференциальный метод измерения (вход­ное сопротивление магнитоэлектрических или электронных вольт­метров может быть недостаточным).

Измерение больших постоянных токов. Для токов более 10 кА наиболее простой способ измерения — параллельное включение шунтов и использование магнитных преобразователей. Для более точных измерений (порядка 0,01 %) больших токов служат пре­образователи из меди в виде стержня с определенным диамет­ром, имеющим приспособление для включения в разрыв шины с током.

Измерение высоких напряжений. Измерение напряжений до 1,5 кВ осуществляется магнитоэлектрическими вольтметрами с добавочными резисторами. При более высоких напряжениях (до 300 кВ) целесообразно включать электростатические вольтмет­ры или обычные вольтметры через измерительные трансфор­маторы напряжения.

3.2. ИЗМЕРЕНИЕ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ

Для оценки величины переменного тока и напряжения исполь­зуют действующие, амплитудные и средние значения. Если сиг­нал синусоидален, то эти значения жестко связаны между собой через коэффициенты формы кривой UJU_cp = 1,11 и коэффи­циент амплитуды К_л = и_тзх/11_й = 1,41. Значения этих коэффициен­тов зависят от формы кривой используемого сигнала. Чем острее форма этого сигнала, тем больше будут значения ЛГ_ф и К,_л.

Переменный ток и напряжение можно измерить с помощью измерительных механизмов (ИМ) всех систем. В этом случае маг­нитоэлектрические приборы (выпрямительные, термоэлектриче­ские и электронные) используются с преобразователями пере­менного тока в постоянный. Обычно они градуируются в действу­ющих значениях тока или напряжения. В приборах, предназначен­ных для измерения среднего и амплитудного значения, делается соответствующая отметка на шкале.

Электромагнитные амперметры и вольтметры. Амперметры на токи 250...300 А непосредственно в цепь не включаются из-за сильного влияния на показания приборов, магнитного поля токоподводящих проводов и значительного нагрева шины. Пре­дел измерения изменяют путем секционирования обмотки ка­тушки и включения секций последовательно или параллельно. Для переключения секций применяют штепсельные и рычаж­ные переключающие устройства. Расширение пределов измере­ния на переменном токе производится при помощи измеритель­ных трансформаторов тока.

Для расширения пределов измерения электромагнитных вольтметров применяют добавочные сопротивления и секцио­нирование; для измерения больших напряжений (свыше 500 В) на переменном токе — измерительные трансформаторы напря­жения.

Собственное магнитное поле электромагнитных приборов не­велико, поэтому внешние магнитные поля влияют на показания приборов. Для защиты от внешних магнитных полей используют астазирование и экранирование.

На переменном токе возникает частотная погрешность, так как в сердечнике и в других металлических частях возникают вихре­вые токи, оказывающие размагничивающее действие на сердеч­ник, вследствие чего вращающий момент на переменном токе будет немного меньше, чем на постоянном. Частотный диапазон — до 2000...3000 Гц, классы точности: 1,5; 2,5.

Электродинамические амперметры и вольтметры. У ампермет­ров при токах до 0,5 А неподвижные и подвижные катушки соеди­няются последовательно. При таком соединении катушек компен­сация частотной и температурной погрешностей не требуется, так как изменения температуры и частоты / до 3000 Гц незначи­тельно влияют на показания приборов.

При токах больше 0,5 А подвижная катушка соединяется па­раллельно с неподвижной (так как последовательное соединение вызвало бы перегрев и изменение свойств токоподводящих пру­жин). В этом случае необходима компенсация температурной и частотной погрешностей, возникающих в результате перераспре­деления токов в катушках при изменении (°и/ Для компенсации температурной погрешности необходимо, чтобы температурные ко­эффициенты сопротивления параллельных ветвей были одинако­вые. Для компенсации частотной погрешности необходимо, чтобы постоянные времени обеих катушек были бы равны между собой.

У вольтметров неподвижная и подвижная катушки включают­ся последовательно. Для расширения пределов измерения приме­няют секционирование и измерительные трансформаторы напря­жения.

Ферродинамические амперметры и вольтметры. Они имеют та­кие же измерительные схемы включения неподвижных и подвиж­ных катушек, что и электродинамические приборы. Ферродина­мические приборы, кроме температурной и частотной погрешно­стей, обладают специфическими погрешностями, вызванными на­личием сердечника:

• погрешностью от нелинейности кривой намагничивания;

• погрешностью от потерь в материале на гистерезис и вихре­вые токи (магнитопровод изготовляют из материала с малой ко­эрцитивной силой).

Для расширения пределов измерения используют те же спосо­бы, что и для электродинамических приборов.

Электростатические вольтметры (ЭВ). Схемы включения ЭВ обладают некоторыми особенностями. У ЭВ на малые пределы измерения воздушный зазор между пластинами очень мал, по­этому возникает опасность короткого замыкания пластин, а сле­довательно, и сети при случайных ударах, трясках, вибрациях. Для исключения этой опасности внутрь ЭВ встраивается защит­ный резистор, через который прибор включается в сеть. При по­вышении частоты до нескольких сотен герц этот резистор, во избежание дополнительной погрешности, выключается. Диапа­зон частот — 20 Гц... 10 МГц.

Расширение пределов измерения ЭВ на переменном токе осу­ществляется включением последовательно с ЭВ добавочных кон­денсаторов или емкостных делителей. Применение делителей зна­чительно снижает точность электростатических вольтметров. Ис­точником погрешности является собственная емкость прибора на повышенных частотах. Электростатические вольтметры применя­ют в основном в качестве лабораторных вольтметров.

3.3. ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ И ЭНЕРГИИ

В настоящее время необходимо измерять мощность и энер­гию постоянного тока; активную мощность и энергию пере­менного однофазного и трехфазного токов; реактивную мощ­ность и энергию трехфазного переменного тока; мгновенное значение мощности, а также количество электричества в очень широких пределах.

Электрическая мощность определяется работой, совершаемой источником электромагнитного поля в единицу времени.

Активная (поглощаемая электрической цепью) мощность

Р_а = UIc os ф = PR = U²/R, (3.1)

где U, I — действующие значения напряжения и тока; ф — угол сдвига фаз между ними.

Реактивная мощность

Р_р = №пф= РХ. (3.2)

Полная мощность

Р_п = UI= PZ.

Активная, реактивная и полная мощности связаны выражением

Р = ^Р² + Р². (3.3)

Так, мощность измеряется в пределах 1 Вт... 10 ГВт (в цепях постоянного и однофазного переменного токов) с погрешностью ±(0,01 ...0,1) %, а при СВЧ ±(1 ...5) %; реактивная мощность — от единиц вар до Мвар с погрешностью ±(0,1 ...0,5)%.

Диапазон измерения электрической энергии определяется ди­апазонами измерения номинальных токов (1 нА...Ю кА) и на­пряжений (1 мкВ ... 1 МВ), погрешность измерения ±(0,1 ... 2,5) %.