Електровимірювальні прилади. Техніка електричних вимірювань

1. Для чого призначений амперметр?

2. Як вибрати для вимірювань амперметр?

3. Складіть принципову електричну схему вимірювання сили струму в однофазному навантаженні.

4. Для чого призначений вольтметр?

5. Як вибрати для вимірювань вольтметр?

6. Складіть принципову електричну схему вимірювання напруги на затисках однофазного навантаження.

7. Для чого призначений ватметр?

8. Опишіть побудову ватметра.

9. Опишіть принцип дії ватметра.

10. Як вибрати для вимірювань ватметр?

11. Як визначити межу вимірювання та ціну поділки ватметра?

12. Складіть принципову електричну схему вимірювання потужності однофазного навантаження.

13. Складіть і опишіть принципову електричну схему включення ватметра у високовольтну однофазну мережу за допомогою вимірювальних трансформаторів напруги і струму.

14. Як визначити коефіцієнт потужності пристрою за показаннями амперметра, вольтметра та ватметра?

9.5 Вимірювання електричної енергії

Для обліку споживання активної енергії використовують лічильник активної енергії, літерне позначення якого на принципових електричних схемах – РWh. Вимірювальний механізм лічильника активної енергії влаштований у такий спосіб. На двох магнітопроводах, які мають підковоподібну форму та розташовані перпендикулярно один до одного, знаходяться обмотки (котушки індуктивності). Одна обмотка (обмотка напруги) включається паралельно споживачу, друга обмотка (струмова обмотка) включається послідовно зі споживачем. Між магнітопроводами укріплений алюмінієвий диск на осі, яка зв'язана з рахунковим механізмом.

Принцип дії вимірювального механізму наступний: при протіканні електричного струму по обмотках спостерігається явище електромагнетизму, в результаті чого створюються магнітні потоки обмоток. Ці потоки пронизують диск і спостерігається явище електромагнітної індукції: у диску наводяться вихрові е.р.с., під дією яких протікають вихрові струми. Взаємодія магнітного поля обмоток і вихрових струмів приводить до виникнення явища електромагнітної сили. Диск, а разом з ним і рахунковий механізм, починають обертатися. Для гальмування диска (при відсутності споживання електроенергії) використовується постійний магніт підковоподібної форми, полюси якого розташовані по різні боки щодо площини диска.

На шкалі лічильника вказуються наступні технічні параметри: тип; номінальна напруга (220 В, 380 В – для безпосереднього включення; 100 В – для включення через вимірювальний трансформатор напруги); номінальний струм (5 А, 10 А, 20 А, 50 А); постійна лічильника, яка показує, скільки обертів диска відповідає 1 кВт×год.

Лічильник активної енергії включається аналогічно ватметру.

На практиці (крім обліку спожитої електроенергії) лічильники використовують для визначення потужності включеного навантаження. Для цього знімають різницю показань лічильника за тривалий проміжок часу (кілька годин), яку співвідносять часу:

, (9.12)

де Р – активна потужність включеного навантаження, кВт;

DW – різниця показань лічильника, кВт×год;

t – час, год.

Існує більш швидкий, але менш точний спосіб визначення потужності включеного навантаження. Для цього знімають кількість обертів диска за стислий проміжок часу (кілька секунд), яку співвідносять часу та постійній лічильника:

, (9.13)

де n – кількість обертів диска, об.;

Слч – постійна лічильника, об/(кВт×год);

t – час, с.

Лічильники активної енергії випускаються в однофазному, трифазному трипровідному та трифазному чотирипровідному виконанні. Вимірювальний механізм трифазного трипровідного лічильника являє собою сукупність вимірювальних механізмів двох однофазних лічильників, диски яких розташовані на загальній осі та працюють на один рахунковий механізм (такий вимірювальний механізм називається двоелементним). Вимірювальний механізм трифазного чотирипровідного лічильника являє собою сукупність вимірювальних механізмів трьох однофазних лічильників, диски яких розташовані на загальній осі та працюють на один рахунковий механізм (такий вимірювальний механізм називається триелементним).

Вимірювання реактивної енергії здійснюється за допомогою лічильників реактивної енергії, конструкція яких аналогічна трифазним чотирипровідним лічильникам активної енергії. Відмінність полягає в способі підключення лічильника реактивної енергії.

Запитання для самоконтролю

1. Для чого призначений лічильник активної енергії?

2. Опишіть побудову лічильника активної енергії.

3. Опишіть принцип дії лічильника активної енергії.

4. Складіть і опишіть принципову електричну схему включення лічильника активної енергії у високовольтну мережу за допомогою вимірювальних трансформаторів напруги і струму.

5. Що розуміється під постійною лічильника активної енергії?

6. Як визначити потужність навантаження за показаннями лічильника активної енергії?

9.6 Вимірювання опорів

У колах постійного струму опір елемента кола можна вимірити за допомогою вольтметра та амперметра. Для цього вимірюють напругу на елементі кола і силу струму, який у ньому протікає. Розділивши показання вольтметра на показання амперметра, визначають опір:

. (9.14)

У колах змінного струму за показаннями вольтметра та амперметра можна визначити повний опір елемента кола:

. (9.15)

Активний опір елемента в колі змінного струму можна визначити за показаннями ватметра та амперметра:

. (9.16)

електровимірювальний прилад струм потужність

Приклад 9.5

Котушка індуктивності підключена до однофазного джерела (50 Гц). У коло котушки включені ватметр, вольтметр і амперметр. Після подачі напруги на затиски котушки показання приладів склали: ватметра – 110 Вт, вольтметра – 220 В, амперметра – 5 А.

Визначити параметри котушки (повний, активний та індуктивний опори).

Рішення.

1. Визначаємо повний опір котушки за (9.15):

2. Визначаємо активний опір котушки за (9.16):

3. Визначаємо індуктивний опір котушки з (3.75):

Для безпосереднього вимірювання опорів використовується електровимірювальний прилад омметр, який являє собою сукупність міліамперметра магнітоелектричної системи та спеціальної вимірювальної системи, яка складається з джерела постійної електрорушійної сили і регульованого резистора (рис.9.4).

При незмінній напрузі джерела сила струму в колі залежить від вимірюваного опору, що дозволяє градуювати шкалу міліамперметра в омах:

, (9.17)

де I – сила струму в колі, А;

Rр – опір регульованого резистора, Ом;

Rа – опір амперметра, Ом;

Rх – вимірюваний опір, Ом.

Чим більше вимірюваний опір, тим менший струм протікає в колі, тому омметр має зворотну шкалу.

Крім омметра опір елемента кола можна вимірити за допомогою вимірювального моста. Розглянемо чотириплечій вимірювальний міст (рис.9.5).

В одне плече моста включається елемент кола, опір якого необхідно вимірити (Rх), у три інших плечі моста включаються регульовані резистори R1, R2, R3. Вимірювальний міст має дві діагоналі (ab і cd), до діагоналі ab підключається джерело постійної електрорушійної сили, до діагоналі cd – гальванометр G.

При вимірюванні необхідно опори регульованих резисторів змінювати так, щоб урівноважити міст, тобто струм у гальванометрі повинний бути відсутнім. Це означає, що в урівноваженому стані I1 = I2 , I3 = Ix. У відповідності до другого закону Кірхгофа:

; . (9.18)

Розділивши одне рівняння на інше, одержимо:

. (9.19)

Запитання для самоконтролю

1. Складіть розрахункову схему двоплечего моста.

2. Опишіть принцип дії двоплечего моста.

3. Складіть розрахункову схему чотириплечого моста.

4. Опишіть принцип дії чотириплечого моста.

Лабораторне заняття 15

«Електровимірювальні прилади та техніка електричних вимірювань»

1. Виконати завдання інформаційно-репродуктивного і практично-стереотипного характеру, користуючись таблицями.

Таблиця 9.1

Номер запитання, завдання	Запитання, завдання	Номер відповіді
1.	Для чого призначені електровимірювальні прилади?
2.	Опишіть побудову та принцип дії стрілочного електровимірювального приладу?
3.	Перелічіть основні величини, якими характеризується електровимірювальний прилад.
4.	Що розуміється під межею вимірювання приладу?
5.	Як визначити ціну поділки приладу?
6.	Як визначити чутливість приладу?
7.	Що розуміється під показанням приладу?
8.	Як визначити абсолютну похибка приладу?
9.	Як визначити відносну похибку приладу?
10.	Що розуміється під наведеною похибкою приладу?
11.	Що розуміється під класом точності приладу?

У разі вірного виконання завдання åнепар – åпар = 2

Таблиця 9.1а

Номер відповіді	Відповідь
1.	Як різниця між показанням приладу та дійсним значенням вимірюваної фізичної величини: D = А – Ад.
2.	Відношення максимальної абсолютної похибки (установлюваної при проектуванні приладу) до межі вимірювання приладу (виражене у відсотках): .
3.	Значення фізичної величини, яке вимірив прилад (визначається як добуток ціни поділки приладу на кількість поділок, на яке відхилилася стрілка приладу при вимірюванні): А = Сп n .
4.	Як відношення абсолютної похибки до дійсного значення вимірюваної фізичної величини (виражене у відсотках): .
5.	Відношення абсолютної похибки до межі вимірювання приладу (виражене у відсотках): .
6.	Складається з вимірювального механізму, поміщеного в корпус, і допоміжних частин (затиски для підключення, перемикачі меж вимірювань, блок живлення, коректор). Вимірювальний механізм складається з рухомої й нерухомої частин та має шкалу з певною кількістю поділок. Принцип дії вимірювального механізму може бути заснований на явищі електромагнетизму, електромагнітної сили або теплової дії струму. У результаті цих явищ виникає обертаючий момент, що повертає рухому частину вимірювального механізму разом з покажчиком (стрілкою). Стрілка відхиляється на кут, прямо пропорційний значенню вимірюваної фізичної величини. У протидію обертаючому моменту (електромагнітним або механічним шляхом) створюється однаковий за значенням і протидіючий момент, тому що інакше стрілка буде відхилятися до кінця шкали при будь-якому значенні вимірюваної величини (відмінної від нуля).
7.	Межа вимірювання, ціна поділки, чутливість, показання приладу, абсолютна похибка, відносна похибка, наведена похибка, клас точності.
8.	Як відношення межі вимірювання приладу до кількості поділок на шкалі приладу: .
9.	Найбільше значення фізичної величини, яке можна вимірити приладом.
10.	Для перетворення різних електричних величин (сили струму, напруги, активних і реактивних потужностей і енергій, коефіцієнта потужності, опору, індуктивності, ємності) у візуальну форму, зручну для сприйняття.
11.	Як відношення кількості поділок на шкалі приладу до межі вимірювання приладу: .

Таблиця 9.2

Номер запитання, завдання	Запитання, завдання	Номер відповіді
1.	Перелічіть основні прилади, які найбільше часто використовуються для електричних вимірювань.
2.	Як класифікуються електровимірювальні прилади?
3.	Як здійснюється вибір електровимірювального приладу?
4.	Опишіть побудову та принцип дії приладу магнітоелектричної системи, указавши область використання.
5.	Опишіть побудову та принцип дії приладу електромагнітної системи, указавши область використання.
6.	Опишіть побудову та принцип дії приладу електродинамічної системи, указавши область використання.
7.	Опишіть побудову та принцип дії приладу індукційної системи, указавши область використання.
8.	Опишіть побудову та принцип дії приладу термоелектричної системи, указавши область використання.
9.	Опишіть побудову та принцип дії приладу випрямної системи, указавши область використання.

У разі вірного виконання завдання åнепар – åпар = 15

Таблиця 9.2а

Номер відповіді	Відповідь
1.	Прилад являє собою сукупність приладу магнітоелектричної системи та термопари (двох різнорідних металів: мідь – константан, залізо – константан і інших). Два кінці металевих провідників, з яких складається термопара, з'єднані в загальний вузол. До цього вузла приєднаний провідник, по якому проходить вимірюваний електричний струм. У результаті теплової дії струму загальний вузол нагрівається та у ньому наводиться постійна електрорушійна сила (названа термо-е.р.с.), незалежно від роду струму. До двох інших кінців металевих провідників, з яких складається термопара, підключений вимірювальний механізм магнітоелектричної системи. При виникненні термо-е.р.с. у котушці вимірювального механізму протікає постійний струм. При протіканні електричного струму в провідниках котушки спостерігається явище електромагнітної сили. У результаті котушка, а разом з нею й стрілка приладу відхиляються, указуючи на шкалі значення вимірюваної величини. Прилади цієї системи використовуються для вимірювань у колах постійного та змінного струмів.
2.	Вимірювальний механізм приладу складається із двох котушок індуктивності (рухомої і нерухомої). При протіканні електричного струму в провідниках котушок спостерігається явище електромагнітної сили. У результаті рухома котушка (що знаходиться усередині нерухомої котушки) відхиляється на кут, пропорційний значенню вимірюваної величини. Разом із цією котушкою відхиляється стрілка приладу, указуючи на шкалі значення вимірюваної величини. Прилади цієї системи використовуються для вимірювань у колах постійного та змінного струмів.
3.	Прилад являє собою сукупність приладу магнітоелектричної системи та одного або декількох напівпровідникових випрямлячів, призначення яких – живлення вимірювального механізму магнітоелектричної системи постійним струмом. Прилади цієї системи використовуються для вимірювань у колах постійного та змінного струмів для вимірювання невеликих значень фізичних величин, а також для вимірювань у колах з підвищеною частотою струму (понад 50 Гц).
4.	Вимірювальний механізм приладу складається із двох нерухомих котушок індуктивності (зсунених у просторі на кут 90° одна щодо іншої) і рухомої металевої частини (диска, циліндра), що розташовується між котушками. Одну котушку включають паралельно мережі, а іншу послідовно. Струми, що протікають у котушках, створюють два магнітних потоки, які пронизують рухому металеву частину та наводять у ній вихрові е.р.с. Під дією наведених вихрових е.р.с. у рухомій частині будуть протікати вихрові струми, тобто рухома частина зі струмом перебуває в магнітному полі котушок. У результаті спостерігається явище електромагнітної сили та рухома частина (диск, циліндр) приходить в обертання. Прилади цієї системи використовують, як правило, для вимірювання потужності та енергії в колах змінного струму.
5.	Вимірювана фізична величина, рід струму, клас точності, принцип дії, спосіб відліку та характер шкали, характер застосування та установки.
6.	Вимірювальний механізм приладу складається з котушки індуктивності з рухомим магнітопроводом, що зв'язаний зі стрілкою приладу. При протіканні електричного струму в провідниках котушки спостерігається явище електромагнетизму. У результаті магнітопровід втягується в котушку пропорційно значенню вимірюваної величини, а стрілка приладу відхиляється, указуючи на шкалі значення вимірюваної величини. Прилади цієї системи використовуються для вимірювань у колах постійного та змінного струмів.
7.	1) визначається вимірювана фізична величина та прилад для вимірювань (сила струму - амперметр, напруга - вольтметр, потужність - ватметр і так далі); 2) визначається рід струму в колі (постійний, змінний); 3) визначається необхідний клас точності приладу; 4) визначається характер застосування та установки; 5) визначається система приладу (магнітоелектрична, електромагнітна або інша); 6) визначається межа вимірювання приладу; 7) визначається ціна поділки приладу.
8.	Вимірювальний механізм приладу складається з постійного магніту, що має підковоподібну форму. Усередині магніту знаходиться котушка індуктивності, зв'язана зі стрілкою приладу. При протіканні електричного струму в провідниках котушки спостерігається явище електромагнітної сили. У результаті котушка, укріплена на осі, повертається на кут, пропорційний значенню вимірюваної величини. Разом з котушкою відхиляється стрілка приладу, указуючи на шкалі значення вимірюваної величини. Прилади цієї системи використовуються для вимірювань у колах постійного струму.
9.	Амперметр, вольтметр, ватметр, електричний лічильник, фазометр, омметр, вимірювальний міст, частотомір.

Страницы: 1, 2, 3

МЕНЮ