технические средства определения электрических параметров
Виды средств электрических измерений
Средствами электрических измерений называют технические средства, используемые при электрических измерениях и имеющие нормированные метрологические характеристики. Различают следующие виды средств электрических измерений: меры и электроизмерительные приборы.
Мераминазывают средства измерений, предназначенные для воспроизведения физической величины заданного размера. Различают однозначные меры, многозначные меры и наборы мер.
Однозначная мера воспроизводит физическую величину одного размера; многозначная мера воспроизводит ряд одноименных величин разного размера. Примером многозначных мер может служить конденсатор переменной емкости, вариометр для плавного изменения индуктивности и др. Набор мер представляет собой специально подобранный комплект мер, применяемых не только по отдельности, но и в различных сочетаниях с целью воспроизведения ряда одноименных величин различного размера. Примерами набора мер являются магазины сопротивлений, емкостей и др.
Электроизмерительными прибораминазывают средства электрических измерений, предназначенные для выработки сигналов измерительной информации, т. е. сигналов, функционально связанных с измеряемыми физическими величинами, в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. Они весьма разнообразны по своему принципу действия и конструктивному оформлению вследствие различных требований, предъявляемых к ним.
Средства измерения электрических величин
Средствами измерения электрических величин называют технические устройства, используемые при измерениях и имеющие заданные метрологические характеристики.
В общем случае к средствам измерений относятся: меры, измерительные преобразователи, измерительные приборы и установки.
Мера предназначена для воспроизведения физической величины заданного значения.
К основным мерам электрических величин относятся меры: эдс, электрического сопротивления, индуктивности, электрической емкости и др. Меры высшего класса называются образцовыми. Они служат для проверки и градуировки рабочих мер и измерительных приборов.
Измерительные преобразователи предназначены для выработки электрического сигнала в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию.
Измерительные приборы предназначены для выработки сигналов в форме, доступной для непосредственного наблюдения
К ним относятся, например, амперметр, вольтметр, ваттметр и др.
Электроизмерительная установка представляет собой совокупность мер, измерительных преобразователей и приборов, расположенных в одном месте и предназначенных для выработки сигналов в форме, удобной для непосредственного наблюдения.
Все средства измерений, и в частности электроизмерительные приборы, можно классифицировать по следующим признакам: виду получаемой информации, методу измерения, способу представления и регистрации информации.
ЗАПОМНИТЕ
Основными характеристиками электроизмерительных приборов являются: погрешность, вариация показаний, чувствительность, потребляемая мощность, время установления показаний и надежность.
Вариация показаний прибора — наибольшая разность показаний прибора при одном и том же значении измеряемой величины.
Она определяется при плавном подходе стрелки к выбранной отметке шкалы при движении стрелки один раз от начальной, а второй раз от конечной отметки. Причиной вариации является в основном трение в опорах подвижной части прибора.
Чувствительность S прибора — отношение приращения перемещения указателя ∆а к приращению измеряемой величины ∆х:
Если чувствительность постоянна (шкала равномерная), то ее можно определить как S = а/х.
Величина, обратная чувствительности (С = 1/S), называется ценой деления (постоянной) прибора. Она равна числу единиц измеряемой величины, приходящихся на одно деление шкалы.
Например, при S = 10 дел/В постоянная С = 0,1 В/дел.
Потребляемая мощность— мощность, которую потребляет прибор при включении его в цепь.
В результате этого меняется режим работы цепи, что в конечном счете приводит к увеличению погрешности измерения. Поэтому малое потребление мощности является достоинством прибора.
Время установления показаний— промежуток времени с момента включения измеряемой величины до момента, когда указатель займет положение, отличающееся от установившегося значения не более чем на 1,5%.
Время установления показаний для большинства аналоговых измерительных приборов не превышает 4 с.
Надежность— способность электроизмерительных приборов, сохранять заданные характеристики при определенных условиях работы в течение заданного времени. Количественной мерой надежности является среднее время безотказной или исправной работы прибора.
Характеристика средств измерения электрических величин
Средства измерения электрических величин
Измерением называется процесс нахождения опытным путем значения физической величины с помощью специальных технических средств. Электроизмерительные приборы широко используются при наблюдении за работой электроустановок, при контроле за их состоянием и режимами работы, при учете расхода и качества электрической энергии, при ремонте и наладке электротехнического оборудования.
Электроизмерительными приборами называют средства электрических измерений, предназначенные для выработки сигналов, функционально связанных с измеряемыми физическими величинами в форме, доступной для восприятия наблюдателем или автоматическим устройством.
Электроизмерительные приборы делятся:
Наибольшее распространение получили аналоговые приборы непосредственной оценки, которые классифицируются по признакам: род тока (постоянный или переменный), род измеряемой величины (ток, напряжение, мощность, сдвиг фаз), принцип действия (магнитоэлектрические, электромагнитные, электро- и ферродинамические), класс точности и условия эксплуатации.
Для расширения пределов измерения электрических приборов на постоянном токе используются шунты (для тока) и добавочные сопротивления Rd (для напряжения); на переменном токе трансформаторы тока (тт) и напряжения (тн).
Используемые приборы для измерения электрических величин.
Измерение напряжения осуществляется вольтметром (V), подключаемым непосредственно на зажимы исследуемого участка электрической цепи.
Измерение тока осуществляется амперметром (А), включаемым последовательно с элементами исследуемой цепи.
Измерение мощности (W) и сдвига фаз (
) в цепях переменного тока производится с помощью ваттметра и фазометра. Эти приборы имеют две обмотки: неподвижную токовую, которая включается последовательно, и подвижную обмотку напряжения, включаемую параллельно.
Для измерения частоты переменного тока (f) применяются частотометры.
Основными характеристиками электроизмерительных приборов являются: погрешность, вариации показаний, чувствительность, потребляемая мощность, время установления показаний и надежность.
Основными частями электромеханических приборов являются электроизмерительная цепь и измерительный механизм.
Измерительная цепь прибора является преобразователем и состоит из различных соединений активного и реактивного сопротивлений и других элементов в зависимости от характера преобразования. Измерительный механизм преобразует электромагнитную энергию в механическую, необходимую для углового перемещения его подвижной части относительно неподвижной. Угловые перемещения стрелки а функционально связано с крутящим и противодействующим моментом прибора уравнением преобразования вида:
— электрическая величина, под действием которой стрелка прибора отклоняется на угол 
На основании данного уравнения можно утверждать, что если:
Общими элементами являются: отсчетное устройство, подвижная часть измерительного механизма, устройства для создания вращающего, противодействующего и успокаивающего моментов.
Отсчетное устройство имеет шкалу и указатель. Интервал между соседними метками шкалы называют делением.
Цена деления прибора представляет собой значение измеряемой величины, вызывающее отклонение стрелки прибора на одно деление и определяется зависимостями:
Шкалы могут быть равномерными и неравномерными. Область между начальным и конечным значениями шкалы называют диапазоном показаний прибора.
Показания электроизмерительных приборов несколько отличаются от действительных значений измеряемых величин. Это вызвано трением в измерительной части механизма, влиянием внешних магнитных и электрических полей, изменением температуры окружающей среды и т.д. Разность между измеренным Аи и действительным Ад значениями контролируемой величины называется абсолютной погрешностью измерений:
Так как абсолютная погрешность не дает представления о степени точности измерений, то используют относительную погрешность:
Поскольку действительное значение измеряемой величины при измерении неизвестно, для определения 
и 
можно воспользоваться классом точности прибора.
Амперметры, вольтметры и ваттметры подразделяются на 8 классов точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0. Цифра, обозначающая класс точности, определяет наибольшую положительную или отрицательную основную приведенную погрешность, которую имеет данный прибор. Например, для класса точности 0,5 приведенная погрешность составит ±0,5%.
| Наименование параметра | Амперметры Э47 | Вольтметры Э47 |
| Система | электромагнитная | электромагнитная |
| Способ вывода информации | аналоговый | аналоговый |
| Диапазон измерений | 0. 3000 А | 0. 600 В |
| Способ установки | на панель щита | на панель щита |
| Способ включения | 100 А-через трансформатор тока с вторичным током 5 А | непосредственный |
| Класс точности | 1,5 | 1,5 |
| Предел допускаемой основной погрешности приборов, % | ±1,5 | ±1,5 |
| Номинальное рабочее напряжение, не более | 400 В | 600 В |
| Допустимая длительная перегрузка (не более 2 ч) | 120% от конечного значения диапазона измерений | 120% от конечного значения диапазона измерений |
| Средняя наработка до отказа, не менее, ч | 65000 | 65000 |
| Средний срок службы, не менее, лет | 8 | 8 |
| Температура окружающего воздуха, °С | 20±5 | 20±5 |
| Частота измеряемой величины, Гц | 45. 65 | 45. 65 |
| Положение монтажной плоскости | вертикальное | вертикальное |
| Габариты, мм | 72x72x73,5 96x96x73,5 | 72x72x73,5 96x96x73,5 |
Электроизмерительные приборы (амперметры и вольтметры) серии Э47
Применяются в низковольтных комплектных устройствах в распределительных электрических сетях жилых, коммерческих и производственных объектов.
Широкий диапазон измерений: амперметры до 3000 А, вольтметры до 600 В. Класс точности 1.5.
Амперметры, рассчитанные на измерение токов выше 50 А подключают к измеряемой цепи через трансформатор тока с номинальным вторичным рабочим током 5 А.
Принцип действия амперметров и вольтметров серии Э47
Амперметры и вольтметры Э47 относятся к приборам с электромагнитной системой. В составе имеют круглую катушку с помещенными внутрь подвижным и неподвижным сердечниками. При протекании тока через витки катушки, создается магнитное поле, намагничивающее оба сердечника. Вследствие чего.
одноименные полюса сердечников отталкиваются, и подвижный сердечник поворачивает ось со стрелкой. Для защиты от негативного влияния внешних магнитных полей, катушка и сердечники защищены металлическим экраном.
Принцип действия прибора, возможность его работы в тех или иных условиях, возможные предельные погрешности прибора могут быть установлены по условным обозначениям, нанесенным на циферблат прибора.
Измерительные трансформаторы тока и напряжения имеют ферромагнитные магнитопроводы, на которых располагаются первичные и вторичные обмотки. Число витков вторичной обмотки всегда больше первичной.
Сопротивление вольтметра и цепей напряжения измерительных приборов всегда велико и составляет не менее тысячи Ом. В связи с этим трансформатор напряжения работает в режиме холостого хода.
Показания приборов, включенных через трансформаторы тока и напряжения, необходимо умножать на коэффициент трансформации.
Трансформаторы тока ТТИ
Трансформаторы тока ТТИ предназначены: для применения в схемах учета электроэнергии при расчетах с потребителями; для применения в схемах коммерческого учета электроэнергии; для передачи сигнала измерительной информации измерительным приборам или устройствам защиты и управления. Корпус трансформатора выполнен неразборным и опломбирован наклейкой, что делает невозможным доступ ко вторичной обмотке. Клеммные зажимы вторичной обмотки закрываются прозрачной крышкой, что обеспечивает безопасность при эксплуатации. Кроме того, крышку можно опломбировать. Это особенно важно в схемах учета электроэнергии, так как позволяет исключить несанкционированный доступ к клеммным зажимам вторичной обмотки.
| Модификации трансформаторов | Номинальный первичный ток трансформатора, А |
| ТТИ-А | 5; 10; 15; 20; 25; 30; 40; 50; 60; 75; 80; 100; 120; 125; 150; 200; 250; 300; 400; 500; 600; 800; 1000 |
| ТТИ-30 | 150; 200; 250; 300 |
| ТТИ-40 | 300; 400; 500; 600 |
| ТТИ-60 | 600; 750; 800; 1000 |
| ТТИ-85 | 750; 800; 1000; 1200; 1500 |
| ТТИ-100 | 1500; 1600; 2000; 2500; 3000 |
| ТТИ-125 | 1500; 2000; 2500; 3000; 4000; 5000 |
Электронные аналоговые приборы представляют собой сочетание различных электронных преобразователей и магнитоэлектрического прибора и служат для измерения электрических величин. Они обладают высоким входным сопротивлением (малым потреблением энергии от объекта измерения) и высокой чувствительностью. Используются для измерения в цепях повышенной и высокой частоты.
Средства измерения электрических величин
Чтоб измерять электрическую величину используют технические средства, которые имеют определенные метрологические характеристики. Их называют средствами измерения.
Измерительные установки и приборы, меры, измерительные преобразователи – это все относится к средствам измерения.
Для воспроизведения заданного значения физической величины используют меры.
Меры электрических величин – индуктивность, ЭДС, электрическое сопротивление, электрической емкость и т.д. Образцовыми называют меры высшего класса, по ним сверяют приборы и проводят градуировку шкал устройств.
Устройства, которые вырабатывают электрический сигнал в форме удобной для обработки, передачи, дальнейшего преобразования или хранения, но не поддающиеся непосредственному восприятию называют измерительными преобразователями. Для преобразования электрических величин в электрические относят: делители напряжения, шунты и т.д. Не электрических в электрические (датчики давления, энкодеры).
Если форма сигналов доступна для наблюдения – это измерительные приборы (вольтметры, амперметры и т.д.).
Совокупность измерительных приборов и преобразователей, мер, которые располагаются в одном месте и генерирует при измерении форму сигнала, удобную для наблюдению именуют измерительной установкой.
Все выше перечисленные средства можно рассортировать по следующим признакам: по способу регистрации и представления информации, ее виду и методу измерения.
По виду получаемой информации:
По методу измерения:
По способу представления:
Электроизмерительные приборы характеризуют такими основными показателями как: чувствительность, время установления показаний, надежность, погрешность, вариации показаний.
Самая большая разность показаний одного и того же устройства при одном и том же показании измеряемой величины называют вариацией показаний. Основная причина ее появления это трения в подвижных частях устройств.
Приращение перемещения указателя ∆а, относящееся к приращению измеряемой величины ∆х величают как чувствительность прибора S:
Если шкала устройства равномерна, то формула будет иметь вид:
Постоянная или цена деления прибора – обратная величина чувствительности С:
Равна она числу измеряемой величины на одно деление шкалы.
Потребляемая устройством из цепи мощность изменяет режим работы цепи. Это увеличивает вероятность появления погрешностей при измерении. Отсюда делаем вывод: чем меньше мощность, потребляемая из цепи, тем точнее прибор.
Время, за которое на дисплее (если приборы цифровые) или шкале (аналоговые), установится значение измеряемой величины после начала измерения – время установления показаний. Для аналоговых стрелочных устройств не должно превышать 4 секунды.
Сохранение заданных характеристик, точность показаний при установленных условиях работы и в течении заданного промежутка времени называют надежностью. Еще она характеризуется как среднее время исправной работы устройства.
Можно сделать вывод что при выборе измерительных устройств необходимо учитывать множество факторов, для корректной работы данных средств. Например, такие средства измерения как трансформаторы тока активно используются при измерении токов силовых линий, и не корректный выбор данных средств измерения может привести к авариям на линиях, вывода из строя дорогостоящего оборудования и остановки производства или отключением от питания целых городов.
Ниже вы можете посмотреть видео об основах метрологии и измерениях различных величин.
Электроизмерительные приборы
Содержание
Электроизмерительные приборы — класс устройств, применяемых для измерения различных электрических величин. В группу электроизмерительных приборов входят также кроме собственно самих приборов и другие средства измерений — меры, преобразователи, комплексные установки.
Назначение
Электроизмерительные приборы служат для контроля режима работы электрических установок, их испытания и учета расходуемой электрической энергии. К измерительным приборам относятся разнообразные аппараты, позволяющие получить максимально точные показатели в обозначенных диапазонах.
Классификация
В зависимости от измеряемой или воспроизводимой физической величины электроизмерительные приборы подразделяют на:
Различают две категории электроизмерительных приборов:
Принцип работы
Как выбрать
При выборе электроизмерительных приборов нужно обязательно помнить о том, что для официальных исследований, контроля качества, гарантийного обслуживания, проверки устройств безопасности могут быть использованы только модели, который включены в Государственный реестр средств измерений.
Также имеет смысл выбирать “интеллектуальные” электроизмерительные приборы, преимуществом которых является то, что с их помощью можно не только собирать, но и анализировать измерения. Такие устройства обладают наибольшей производительностью и функциональностью.
Сферы применения
На сегодняшний день большей популярностью пользуются цифровые устройства, так как помимо повышенной точности и чувствительности к измеряемой величине, они обладают компактностью и широким диапазоном измерений. Аналоговые приборы используются в основном в качестве учебных.