Электрические измерения

После изучения данного раздела студенты должны:

1) знать устройство и области применения основных типов электроизмерительных приборов непосредственной оценки; основные показатели этих приборов; способы расширения пределов измерения приборов;

2) понимать устройство и работу электрических схем при измерении неэлектрических величин; принципы мостового и компенсационного методов измерения электрических и неэлектрических величин; принцип работы электронных измерительных приборов;

3) уметь выбрать электроизмерительный прибор по пределу измерений и точности в соответствии с каталогом; пользоваться электронным осциллографом; представлять результаты измерений с учетом точности.

Особое внимание следует обратить на измерение неэлектрических величин (например, скорость, давление, температура, влажность, концентрации растворов, газовых смесей и т.п.) электрическими методами, так как в условиях современного производства, когда контроль и управление ходом технологических процессов осуществляется дистанционно или автоматически, электрические методы часто оказываются единственно возможными.

Задача 1. При измерении напряжения на выходе схемы (рис.31) используют вольтметр магнитоэлектрической системы М366 с пределом измерения 150В, класса точности 0,1 и током потребления 1,1мА. Задано: . Определить максимальную абсолютную погрешность измерения напряжения таким прибором и оценить точность измерения.

Решение. Максимальная абсолютная погрешность измерения определяется погрешностью метода и погрешностью прибора , т.е.

Погрешность метода – это разность значений измеряемой величины без учета и с учетом влияния измерительного прибора, т.е.

где – внутреннее сопротивление прибора.

Таким образом,

Погрешность прибора определяется классом точности и пределом измерения измерительного прибора:

Погрешность метода может быть много больше, чем погрешность прибора. Максимальная абсолютная погрешность измерения составит:

Точность измерения определяется относительной погрешностью:

Задача 2. В трехфазную сеть, нагрузка которой симметрична, включено два ваттметра через измерительные трансформаторы тока и напряжения (рис.32).

Коэффициенты трансформации трансформаторов тока и напряжения: . Определить активную и реактивную мощности, коэффициент мощности ( и ток нагрузки при следующих показаниях ваттметров:

Решение. Rак известно, активная мощность цепи, измеряемая по схеме двух ваттметров, равна . Учитывая, что измерительные приборы включены черех измерительные трансформаторы, мощность, полученная по показаниям ваттметров, должна быть умножена на коэффициент трансформации измерительных трансформаторов:

Реактивная мощность для симметричной нагрузки, определяемая по показаниям двух ваттметров, равна . С учетом коэффициентов трансформации измерительных трансформаторов

Для определения коэффициента мощности найдем тангенс угла сдвига фаз:

что соответствует .

Ток нагрузки найдем из равенства

Можно определить ток и из равенства

Задача 3. Вольтметр, номинальное напряжение которого , а сопротивление обмотки =10 000 Ом, необходимо включить в сеть постоянного тока для измерения напряжения до U=600 B. Определить величину добавочного сопротивления, которое надо включить последовательно с вольтметром.

Решение. Определяем рабочий ток вольтметра:

Определяем падение напряжения на добавочном сопротивлении:

откуда величина добавочного сопротивления

Задача 4. Для измерения тока I=4A имеются два амперметра: один класс точности 0,5 имеет предел измерения 20 А, другой класса точности 1,5 имеет предел измерения 5А. Определить, у какого прибора меньше предел допускаемой основной относительной погрешности и какой прибор лучше использовать для измерения тока I=4A.

Решение. Наибольшие относительные погрешности прибора равны: при измерении заданного тока амперметром класса 0,5

при измерении заданного тока амперметром класса 1,5

Таким образом, при измерении тока I=4 A лучше использовать прибор класса 1,5 с пределом измерения 5А.

Так как по теме «Электрические измерения» контрольной работы нет, приводим несколько задач для самоконтроля:

1. В сеть постоянного тока напряжением U=500 B включили последовательно два вольтметра, каждый из которых рассчитан на напряжение . Первый вольтметр дает полное отклонение стрелки при токе 10 мА, второй - при токе 20 мА. Определить показания вольтметров.

2. Для определения расхода энергии предприятия в трехфазную сеть через измерительные трансформаторы включены два счетчика. Коэффициент трансформатора тока равен , трансформатора напряжения - . Определить расход энергии за месяц, если счетчики показали 400 и 300 кВт∙ч.

3. Для выявления внешней характеристики источника (Е=100В) имеются два вольтметра магнитоэлектрической системы: а) М330, класса 1,5, ; б) М366, класс 1,0 . Определить, каким прибором следует воспользоваться для получения большей точности измерения.

4. Для измерения тока I в последовательной цепи включается микроамперметр типа М95 класса точности 1,5 , имеющий предел измерения 1,5 мкА и внутреннее сопротивление =7300Ом. При найти: а) относительную методическую погрешность измерения тока микроамперметром; б) наибольшую относительную погрешность результата измерения тока микроамперметром класса 1,5 с пределом измерения 1 мкА.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ