Амперметр подключается к электрической цепи последовательно.

Урок №27

Тема урока: Электроизмерительные приборы, их назначение, классификация, устройство, принцип действия

Назначение. Электроизмерительные приборы 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.

Типы приборов.В зависимости от способа отсчета электроизмерительные приборы разделяют на приборы непосредственной оценки и приборы сравнения.

Приборами непосредственной оценки, или показывающими, называются такие, которые позволяют производить отсчет измеряемой величины непосредственно на шкале. К ним относятся амперметры, вольтметры, ваттметры и др. Основной частью каждого такого прибора является измерительный механизм. При воздействии измеряемой электрической величины (тока, напряжения, мощности и др.) на измерительный механизм прибора подается соответствующий сигнал на отсчетное устройство, по которому определяют значение измеряемой величины.

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.

Точность приборов. Каждый электроизмерительный прибор имеет некоторую погрешность, которая определяется трением в его осях, технологическими допусками отдельных его деталей, гистерезисом в магнитной системе и т. д. Для оценки точности измерений используют понятие относительная погрешность. Она представляет собой отношение абсолютной погрешности, которая имеет место при измерениях (разность между измеренной величиной xиз и ее действительным значением хд), к действительному значению измеряемой величины в процентах:

d = (xиз- хд)/хд * 100

Эта погрешность различна при разных значениях измеряемой величины, т. е. для различных делений шкалы прибора. Поэтому точность электроизмерительных приборов оценивают по основной приведенной погрешности, которая равна отношению наибольшей абсолютной погрешности для данного прибора к наибольшему (номинальному) значению той величины (тока, напряжения, мощности и пр.), которую может измерять прибор:

Основной приведенной погрешностью считается погрешность прибора при нормальных условиях его работы. При отклонении от этих условий возникают дополнительные погрешности: температурная (от изменения окружающей температуры), от влияния внешних магнитных полей, от изменения частоты переменного

Приборы электромагнитной системы, нашедшие наибольшее применение для технических измерений, используются для измерений в цепях переменного и постоянного токов. Принцип действия прибора электромагнитной системы основан на свойстве катушки, включенной в цепь тока, втягивать стальной якорь — сердечник, который выполнен в виде пластинки, связанной с указателем — стрелкой. Угол отклонения стрелки, а следовательно, и
показания прибора зависят от значения измеряемого тока или напряжения.

Катушка вольтметра обычно имеет большое число витков тонкого изолированного провода. Чтобы увеличить внутреннее сопротивление прибора, последовательно с катушкой включен добавочный резистор встроенный в корпус прибора. Вольтметры предназначаются для измерения напряжения между фазами сети на клеммах электроприбора, их включают параллельно источнику тока или электроприбору.

Амперметр, который предназначен для измерения силы тока в электрической цепи, включают последовательно с токоприемником. Поэтому обмотку амперметра выполняют из более толстого провода с малым внутренним сопротивлением. Нельзя включать амперметр параллельно источнику тока! Прибор может выйти из строя или из-за перегорания обмотки, или от повреждения стрелки при ее сильном отклонении за пределы шкалы.

Вольтметры и амперметры магнитоэлектрической системы можно использовать только в цепях постоянного тока. Принцип их устройства - постоянный магнит создает постоянное магнитное поле, в котором находится катушка, связанная со стрелкой прибора. При включении катушки К в цепь постоянного тока вокруг нее образуется магнитное поле, которое взаимодействует с магнитным полем постоянного магнита и вызывает отклонение стрелки вправо или влево (в зависимости от направления тока в катушке). При включении такого прибора в цепь переменного тока стрелка С не успевает следовать за изменением направления тока. Она вибрирует около нуля. При этом обмотка прибора может перегореть.

Приборы выпрямительной системы, представляющие собой комбинацию магнитоэлектрического механизма и выпрямителя, могут применяться для измерения в цепях переменного и постоянного токов частотой до 10 кГц.

Выпрямительные приборы дают точные показания только при синусоидальной форме кривой тока или напряжения. Если форма кривой искажена, то для приборов этой системы характерна погрешность. С целью уменьшения температурных и частотных влияний в схемы вводят специальные, компенсаторы.

Приборы термоэлектрической системы представляют собой комбинацию весьма чувствительного магнитоэлектрического механизма и термопары, которая реагирует на степень нагрева элемента, проводящего ток, и вызывает отклонение стрелки магнитоэлектрического измерительного механизма.

Приборы электродинамической системы, в частности ваттметры, имеют две катушки — подвижную и неподвижную. Одна из них включена параллельно нагрузке, другая — последовательно с ней. Прибор имеет четыре зажима — от каждой катушки по два. Чтобы правильно включить прибор, конец последовательной (токовой) обмотки прибора, который должен быть соединен с цепью со стороны источника тока, обозначают звездочкой. Звездочкой также маркируют конец параллельной обмотки (обмотки напряжения), который должен быть соединен с токовой обмоткой.
Ваттметр показывает только активную мощность, потребляемую нагрузкой независимо от силы общего тока, который определяется и активной и реактивной составляющими.

ЗАДАНИЕ К УРОКУ №27

Ответить на следующие вопросы и отправить ответы в ЦОПП.

1. Для чего служат электроизмерительные приборы?
2. Что такое логометр?
3. Как разделяют электроизмерительные приборы в зависимости от способа отсчета?
4. Для чего предназначен амперметр?
5. Какую комбинацию представляют собой приборы термоэлектрической системы?

Урок №28

Тема урока: Измерения электрических величин, правила включения измерительных приборов

1. Напряжение на источнике питания или элементе цепи измеряется вольтметром, который подключается параллельно устройству.

2.Амперметр подключается к электрической цепи последовательно.

Расширение пределов измерения для амперметра Присоедините шунт параллельно амперметру, чтобы расширить возможности его измерения. В этом случае через шунт проходит основной ток, а та его часть, которая подлежит измерению, проходит через амперметр. Номинальный ток в сети рассчитайте по специальной формуле.

Чтобы рассчитать шунт, узнайте максимальную силу тока, которую придется измерять прибором. Для этого измерьте напряжение на источнике тока U в вольтах и поделите его на общее сопротивление цепи R в Омах. Все измерения производите тестером, если ток постоянный при этом учитывайте полярность прибора. Найдите номинальный ток в цепи, поделив напряжение на сопротивление I=U/R. Осмотрите шкалу амперметра и узнайте максимальный ток, который можно измерить.

Найдите сопротивление шунта. Для этого измерьте собственное сопротивление амперметра R1 в Омах, и найдите нужное сопротивление шунта, поделив произведение максимальной силы тока, которую можно измерить прибором I1 и его сопротивления R1 на номинальный ток в сети I (R=(I1∙R1)/I).

Пример. Нужно измерять ток в цепи, где максимальное значение может достигать 20 А. Для этого предлагается использовать амперметр с максимальным возможным током измерения 100 мА и сопротивление 200 Ом. Сопротивление шунта в этом случае составит R=(0,1∙200)/20= 1 Ом.

В качестве шунтов используйте стандартные резисторы. Если же таковых не имеется, изготовьте шунт сами. Для изготовления шунтов лучше всего брать проводники из меди или другого материала с высокой проводимостью. Чтобы рассчитать нужную длину проводника шунта l, возьмите проволоку известного сечения S и узнайте удельное сопротивление материала ρ, из которого изготавливается это приспособление. Затем, сопротивление R, умножьте на сечение проводника, измеренное в мм², и поделите на его удельное сопротивление, выраженное в Ом∙ мм²/м, взятое из специальной таблицы l=R∙S/ρ.

3.Мостовая схема измерения сопротивления

Одним из наиболее точных методов измерения сопротивлений является мостовой метод, при котором неизвестное измеряемое сопротивление сравнивают с тремя известными.

4. Для непосредственного измерения мощности цепи постоянного тока применяется ваттметр. Неподвижная последовательная катушка или катушка тока ваттметра соединяется последовательно с приемниками электрической энергии. Подвижная параллельная катушка или катушка напряжения, соединенная последовательно с добавочным сопротивлением, образует параллельную цепь ваттметра, которая присоединяется параллельно приемникам энергии.

ЗАДАНИЕ К УРОКУ №28

Ответить на следующие вопросы и отправить ответы в ЦОПП.

1.Как подключают вольтметр?
2. Как подключают амперметр?
3. Как подключают ваттметр?
4. В чем заключается мостовой метод?
5. Для чего применяется ваттметр?