Objekty elektrické merania sú všetky elektrické a magnetické veličiny: prúd, napätie, výkon, energia, magnetický tok a pod. Stanovenie hodnôt týchto veličín je nevyhnutné pre posúdenie činnosti všetkých elektrických zariadení, čo určuje mimoriadny význam meraní v elektrotechnike .
Elektrické meracie prístroje sú široko používané na meranie neelektrických veličín (teplota, tlak a pod.), ktoré sa na tento účel prepočítavajú na im úmerné. elektrické veličiny. Takéto metódy merania sú súhrnne známe ako elektrické merania neelektrických veličín. Použitie elektrických meracích metód umožňuje relatívne jednoducho prenášať údaje prístrojov na veľké vzdialenosti (telemetria), ovládať stroje a zariadenia (automatická regulácia), vykonávať automaticky matematické operácie s nameranými hodnotami, jednoducho zaznamenávať (napríklad na pásku) priebeh Preto sú elektrické merania potrebné v automatizácii širokej škály výrobných procesov.
V Sovietskom zväze vývoj výroby elektrických spotrebičov prebieha súbežne s rozvojom elektrifikácie krajiny a najmä rýchlo po Veľkej vlasteneckej vojne. Vysoká kvalita zariadení a požadovaná presnosť meradiel v prevádzke sú garantované štátnym dozorom nad všetkými opatreniami a meracími prístrojmi.
12.2 Miery, meracie prístroje a metódy merania
Meranie ľubovoľnej fyzikálnej veličiny spočíva v jej porovnaní pomocou fyzikálneho experimentu s hodnotou príslušnej fyzikálnej veličiny branou ako jednotka. Vo všeobecnosti na takéto porovnanie meranej veličiny s mierou - reálna reprodukcia mernej jednotky - potrebujete porovnávacie zariadenie. Napríklad referenčná odporová cievka sa používa ako miera odporu v spojení s porovnávacím zariadením - meracím mostíkom.
Meranie je značne zjednodušené, ak existuje zariadenie na priame čítanie(nazývané aj indikačné zariadenie), zobrazujúce číselnú hodnotu nameranej hodnoty priamo na stupnici alebo číselníku. Príkladmi sú ampérmeter, voltmeter, wattmeter, elektromer. Pri meraní takýmto prístrojom nie je potrebná miera (napríklad vzorová odporová cievka), ale miera bola potrebná pri kalibrácii stupnice tohto prístroja. Porovnávacie prístroje majú spravidla vyššiu presnosť a citlivosť, ale meranie pomocou prístrojov na priame odčítanie je jednoduchšie, rýchlejšie a lacnejšie.
Podľa toho, ako sa získavajú výsledky meraní, sa rozlišujú priame, nepriame a kumulatívne merania.
Ak výsledok merania priamo udáva požadovanú hodnotu skúmanej veličiny, potom takéto meranie patrí do počtu priamok, napríklad meranie prúdu ampérmetrom.
Ak sa meraná veličina musí určiť na základe priamych meraní iných fyzikálnych veličín, s ktorými je meraná veličina spojená s určitým vzťahom, potom sa meranie vzťahuje na nepriame. Napríklad meranie odporu prvku elektrického obvodu pri meraní napätia voltmetrom a prúdu ampérmetrom bude nepriame.
Treba mať na pamäti, že pri nepriamom meraní je možný výrazný pokles presnosti v porovnaní s presnosťou s priamym meraním v dôsledku pridania chýb v priamych meraniach veličín zahrnutých do vypočítaných rovníc.
Vo viacerých prípadoch bol konečný výsledok merania odvodený od výsledkov niekoľkých skupín priamych alebo nepriamych meraní jednotlivých veličín a skúmaná veličina závisí od nameraných veličín. Táto dimenzia sa nazýva kumulatívne. Kumulatívne merania napríklad zahŕňajú určenie teplotného koeficientu elektrického odporu materiálu na základe meraní odporu materiálu pri rôznych teplotách. Pre laboratórny výskum sú typické agregátne merania.
Podľa spôsobu aplikácie prístrojov a mier je zvykom rozlišovať tieto základné meracie metódy: priame meranie, nulové a diferenciálne.
Pri použití priame meranie(alebo priamym odčítaním) je nameraná hodnota určená
priame odčítanie stavu meracieho prístroja alebo priame porovnanie s mierou danej fyzikálnej veličiny (meranie prúdu ampérmetrom, meranie dĺžky metrom). V tomto prípade je hornou hranicou presnosti merania presnosť meracieho indikačného zariadenia, ktorá nemôže byť veľmi vysoká.
Pri meraní nulová metóda vzorová (známa) hodnota (alebo účinok jej pôsobenia) sa reguluje a jej hodnota sa zrovnoprávňuje s hodnotou nameranej hodnoty (resp. účinkom jej pôsobenia). Pomocou meracieho zariadenia sa v tomto prípade dosiahne len rovnosť. Zariadenie musí mať vysokú citlivosť a je to tzv nulové zariadenie alebo nulový indikátor. Magnetoelektrické galvanometre (pozri § 12.7) sa zvyčajne používajú ako nulové zariadenia pre jednosmerný prúd a elektronické indikátory nuly pre striedavý prúd. Presnosť merania nulovej metódy je veľmi vysoká a je určená najmä presnosťou referenčných štandardov a citlivosťou nulových prístrojov. Spomedzi nulových metód elektrických meraní sú najdôležitejšie mostík a kompenzácia.
Dá sa dosiahnuť ešte väčšia presnosť diferenciálne metódy merania. V týchto prípadoch je nameraná hodnota vyvážená známou hodnotou, ale merací obvod nie je uvedený do úplnej rovnováhy a rozdiel medzi nameranými a známymi hodnotami sa meria priamym odčítaním. Diferenciálne metódy sa používajú na porovnanie dvoch veličín, ktorých hodnoty sa navzájom málo líšia.
ELEKTRICKÉ MERANIE
meranie elektrických veličín ako napätie, odpor, prúd, výkon. Merania sa vykonávajú pomocou rôznych prostriedkov - meracích prístrojov, obvodov a špeciálnych zariadení. Typ meracieho zariadenia závisí od druhu a veľkosti (rozsahu hodnôt) meranej hodnoty, ako aj od požadovanej presnosti merania. Pri elektrických meraniach sa používajú základné jednotky sústavy SI: volt (V), ohm (ohm), farad (F), henry (G), ampér (A) a sekunda (s).
BENCHMARKY JEDNOTEK ELEKTRICKÝCH HODNOT
Elektrické meranie je zistenie (experimentálnymi metódami) hodnoty fyzikálnej veličiny vyjadrenej v príslušných jednotkách (napr. 3 A, 4 V). Hodnoty jednotiek elektrických veličín sú určené medzinárodnou dohodou v súlade s fyzikálnymi zákonmi a jednotkami mechanických veličín. Keďže „údržba“ jednotiek elektrických veličín určených medzinárodnými dohodami je plná ťažkostí, sú prezentované ako „praktické“ normy jednotiek elektrických veličín. Takéto normy udržiavajú štátne metrologické laboratóriá v rôznych krajinách. Napríklad v Spojených štátoch je Národný inštitút pre štandardy a technológie právne zodpovedný za udržiavanie elektrických noriem. Z času na čas sa uskutočňujú experimenty na objasnenie súladu medzi hodnotami noriem jednotiek elektrických veličín a definíciami týchto jednotiek. V roku 1990 podpísali štátne metrologické laboratóriá priemyselných krajín dohodu o harmonizácii všetkých praktických noriem jednotiek elektrických veličín medzi sebou a s medzinárodnými definíciami jednotiek týchto veličín. Elektrické merania sa vykonávajú v súlade s národnými normami pre jednosmerné napätie a prúd, jednosmerný odpor, indukčnosť a kapacitu. Takéto normy sú zariadenia so stabilnými elektrickými charakteristikami alebo inštalácie, v ktorých sa na základe určitého fyzikálneho javu reprodukuje elektrická veličina vypočítaná zo známych hodnôt základných fyzikálnych konštánt. Normy watt a watthodina nie sú podporované, pretože je vhodnejšie vypočítať hodnoty týchto jednotiek podľa konštitutívnych rovníc, ktoré ich spájajú s jednotkami iných veličín. pozri tiež JEDNOTKY MERANIE FYZIKÁLNYCH VELIČIN.
MERACIE PRÍSTROJE
Elektrické meracie prístroje najčastejšie merajú okamžité hodnoty či už elektrických veličín alebo neelektrických prepočítaných na elektrické. Všetky zariadenia sú rozdelené na analógové a digitálne. Prvé zvyčajne zobrazujú hodnotu meranej veličiny pomocou šípky pohybujúcej sa po stupnici s dielikmi. Tie sú vybavené digitálnym displejom, ktorý zobrazuje nameranú hodnotu veličiny vo forme čísla. Digitálne prístroje sú preferované pre väčšinu meraní, pretože sú presnejšie, pohodlnejšie na meranie a vo všeobecnosti sú všestrannejšie. Digitálne univerzálne meracie prístroje ("multimetre") a digitálne voltmetre sa používajú na meranie so strednou a vysokou presnosťou jednosmerného odporu, ako aj striedavého napätia a prúdu. Analógové zariadenia sa postupne nahrádzajú digitálnymi, aj keď stále nachádzajú uplatnenie tam, kde je dôležitá nízka cena a nie je potrebná vysoká presnosť. Pre čo najpresnejšie merania odporu a impedancie (impedancie) existujú meracie mostíky a iné špecializované merače. Na registráciu priebehu zmien nameranej hodnoty v čase sa používajú záznamové zariadenia - páskové zapisovače a elektronické osciloskopy, analógové a digitálne.
DIGITÁLNE NÁSTROJE
Všetky digitálne meracie prístroje (okrem tých najjednoduchších) využívajú zosilňovače a iné elektronické súčiastky na konverziu vstupného signálu na napäťový signál, ktorý je následne digitalizovaný analógovo-digitálnym prevodníkom (ADC). Číslo predstavujúce nameranú hodnotu je zobrazené na svetelnej dióde (LED), vákuovom fluorescenčnom alebo tekutom kryštálovom (LCD) indikátore (displeji). Zariadenie zvyčajne pracuje pod kontrolou vstavaného mikroprocesora a v jednoduchých zariadeniach je mikroprocesor kombinovaný s ADC na jednom integrovanom obvode. Digitálne prístroje sú vhodné na prácu s externým pripojením počítača. Pri niektorých typoch meraní takýto počítač prepína meracie funkcie prístroja a dáva príkazy na prenos dát na ich spracovanie.
Analógovo-digitálne prevodníky. Existujú tri hlavné typy ADC: integračné, postupné priblíženie a paralelné. Integračný ADC spriemeruje vstupný signál v priebehu času. Z troch uvedených typov je tento najpresnejší, aj keď najviac „pomalý“. Doba konverzie integračného ADC je v rozsahu od 0,001 do 50 s alebo viac, chyba je 0,1-0,0003%. Chyba ADC pri postupnej aproximácii je o niečo vyššia (0,4-0,002%), ale čas prevodu je z ELEKTRICKÝCH MERANÍ 10μs na ELEKTRICKÉ MERANIA 1 ms. Paralelné ADC sú najrýchlejšie, ale aj najmenej presné: ich čas prevodu je rádovo 0,25 ns, chyba je od 0,4 do 2 %.
Metódy odberu vzoriek. Signál je vzorkovaný v čase rýchlym meraním v jednotlivých časoch a uchovávaním (uložením) nameraných hodnôt a ich prevodom do digitálnej podoby. Postupnosť získaných diskrétnych hodnôt sa môže zobraziť na displeji vo forme priebehu s priebehom; kvadratúrou a sčítaním týchto hodnôt možno vypočítať efektívnu hodnotu signálu; môžu byť tiež použité na výpočet doby nábehu, maximálnej hodnoty, časového priemeru, frekvenčného spektra a ďalších. Časové vzorkovanie sa môže vykonávať buď v jednej perióde signálu ("reálny čas"), alebo (s sekvenčným alebo náhodným vzorkovaním) v niekoľkých opakujúcich sa periódach.
Digitálne voltmetre a multimetre. Digitálne voltmetre a multimetre merajú kvázistatické hodnoty veličiny a indikujú ju číselne. Voltmetre priamo merajú iba napätie, zvyčajne jednosmerné, zatiaľ čo multimetre môžu merať striedavé a jednosmerné napätie, prúd, jednosmerný odpor a niekedy aj teplotu. Tieto najbežnejšie testovacie prístroje na všeobecné použitie s presnosťou 0,2 až 0,001 % môžu byť vybavené 3,5 alebo 4,5 miestnym digitálnym displejom. Znak (číslica) "pol celého čísla" je podmienený údaj, že displej môže zobrazovať čísla mimo nominálneho počtu znakov. Napríklad 3,5-miestny (3,5-miestny) displej v rozsahu 1-2 V môže zobrazovať napätie až do 1,999 V.
Merače impedancie. Ide o špecializované prístroje, ktoré merajú a indikujú kapacitu kondenzátora, odpor rezistora, indukčnosť tlmivky alebo impedanciu (impedanciu) spojenia kondenzátora alebo tlmivky s rezistorom. Prístroje tohto typu sú dostupné na meranie kapacity od 0,00001 pF do 99,999 μF, odporov od 0,00001 ohmov do 99,999 kΩ a indukčnosti od 0,0001 mH do 99,999 G. Merania však nie je možné vykonávať od jedného zariadenia do frekvencie 0 0Hz nepokrýva celý frekvenčný rozsah. Pri frekvenciách blízkych 1 kHz môže byť chyba len 0,02 %, ale presnosť klesá blízko hraníc frekvenčných rozsahov a nameraných hodnôt. Väčšina prístrojov dokáže zobraziť aj odvodené veličiny, ako napríklad Q-faktor cievky alebo stratový faktor kondenzátora, vypočítané z hlavných nameraných hodnôt.
ANALOGOVÉ NÁSTROJE
Na meranie napätia, prúdu a odporu pri jednosmernom prúde sa používajú analógové magnetoelektrické prístroje s permanentným magnetom a viacotáčkovou pohyblivou časťou. Takéto zariadenia typu šípky sa vyznačujú chybou 0,5 až 5%. Sú jednoduché a lacné (napríklad automobilové merače prúdu a teploty), ale nepoužívajú sa tam, kde sa vyžaduje výrazná presnosť.
Magnetoelektrické zariadenia. V takýchto zariadeniach sa využíva sila interakcie magnetického poľa s prúdom v závitoch vinutia pohyblivej časti, ktorá má tendenciu otáčať ju. Moment tejto sily je vyvážený momentom vytvoreným protiľahlou pružinou, takže každá hodnota prúdu zodpovedá určitej polohe šípky na stupnici. Pohyblivá časť má tvar viacotáčkového drôteného rámu s rozmermi od 3 - 5 do 25 - 35 mm a je vyrobená čo najľahšie. Pohyblivá časť namontovaná na kamenných ložiskách alebo zavesená na kovovom páse je umiestnená medzi pólmi silného permanentného magnetu. Dve špirálové pružiny, vyrovnávajúce krútiaci moment, slúžia aj ako vodiče vinutia pohyblivej časti. Magnetoelektrický prístroj reaguje na prúd prechádzajúci vinutím jeho pohyblivej časti, a preto ide o ampérmeter alebo presnejšie o miliampérmeter (keďže horná hranica meracieho rozsahu nepresahuje približne 50 mA). Môže byť prispôsobený na meranie prúdov väčšej sily pripojením paralelného paralelného k vinutiu pohyblivej časti bočného rezistora s nízkym odporom, takže do vinutia pohyblivej časti je odbočená len malá časť celkového meraného prúdu. Takéto zariadenie je vhodné pre prúdy merajúce mnoho tisíc ampérov. Ak je dodatočný odpor zapojený do série s vinutím, zariadenie sa zmení na voltmeter. Pokles napätia na takomto sériovom zapojení sa rovná súčinu odporu rezistora a prúdu, ktorý zariadenie ukazuje, takže jeho stupnica môže byť odstupňovaná vo voltoch. Ak chcete vyrobiť ohmmeter z magnetoelektrického miliametra, musíte k nemu pripojiť sériovo merané odpory a na toto sériové pripojenie priviesť konštantné napätie, napríklad z batérie. Prúd v takomto obvode nebude úmerný odporu, a preto je potrebná špeciálna stupnica na korekciu nelinearity. Potom bude možné vykonať priame odčítanie odporu na stupnici, aj keď s nie veľmi vysokou presnosťou.
Galvanometre. Medzi magnetoelektrické prístroje patria aj galvanometre – vysoko citlivé prístroje na meranie extrémne nízkych prúdov. Galvanometre nemajú ložiská, ich pohyblivá časť je zavesená na tenkej stuhe alebo niti, používa sa silnejšie magnetické pole a šípka je nahradená zrkadlom nalepeným na závesnom závite (obr. 1). Zrkadlo sa otáča spolu s pohyblivou časťou a uhol jeho natočenia sa odhaduje podľa posunutia svetelného bodu, ktorý vrhá na stupnici nastavenej vo vzdialenosti asi 1 m. Najcitlivejšie galvanometre sú schopné udávať odchýlku mierky 1 mm so zmenou prúdu iba 0,00001 μA.
ZÁZNAMOVÉ ZARIADENIA
Záznamové zariadenia zaznamenávajú „históriu“ zmien hodnoty nameranej hodnoty. Medzi najbežnejšie typy takýchto prístrojov patria páskové zapisovače, ktoré zaznamenávajú krivku hodnoty na pásku milimetrového papiera pomocou pera, analógové elektronické osciloskopy, ktoré zaznamenávajú procesnú krivku na obrazovke katódovej trubice, a digitálne osciloskopy, ktoré ukladajú jednotlivé alebo zriedkavo opakované signály. Hlavným rozdielom medzi týmito zariadeniami je rýchlosť nahrávania. Páskové zapisovače so svojimi pohyblivými mechanickými časťami sú najvhodnejšie na zachytávanie signálov, ktoré sa menia v sekundách, minútach alebo dokonca pomalšie. Elektronické osciloskopy sú na druhej strane schopné registrovať signály, ktoré sa v priebehu času menia z milióntin sekundy na niekoľko sekúnd.
MERANIA MOSTOV
Merací mostík je spravidla štvorramenný elektrický obvod tvorený odpormi, kondenzátormi a tlmivkami, určený na určenie pomeru parametrov týchto komponentov. Na jeden pár protiľahlých pólov obvodu je pripojený napájací zdroj a na druhý je pripojený nulový detektor. Meracie mostíky sa používajú len tam, kde sa vyžaduje najvyššia presnosť merania. (Na merania so strednou presnosťou je lepšie použiť digitálne prístroje, pretože sa s nimi ľahšie manipuluje.) Najlepšie AC transformátorové mostíky majú chybu (pomerového merania) rádovo 0,0000001 %. Najjednoduchší mostík na meranie odporu je pomenovaný po svojom vynálezcovi C. Wheatstoneovi.
Dvojitý DC merací mostík. Je ťažké pripojiť medené vodiče k odporu bez pridania prechodového odporu rádovo 0,0001 Ohm alebo viac. V prípade odporu 1 Ohm takéto prúdové vedenie zavedie chybu rádovo len 0,01 %, ale pri odpore 0,001 Ohm bude chyba 10 %. Dvojitý merací mostík (Thomsonov most), ktorého schéma je znázornená na obr. 2, je určený na meranie odporu referenčných odporov malej hodnoty. Odpor takýchto štvorpólových referenčných rezistorov je definovaný ako pomer napätia na ich potenciálnych svorkách (p1, p2 rezistora Rs a p3, p4 rezistora Rx na obr. 2) k prúdu cez ich prúdové svorky ( cl, c2 a c3, c4). Pri tejto technike odpor spojovacích vodičov nevnáša chyby do výsledku merania požadovaného odporu. Dve prídavné ramená m a n vylučujú vplyv spojovacieho drôtu 1 medzi svorkami c2 a c3. Odpory m a n týchto ramien sú zvolené tak, aby bola splnená rovnosť M / m = N / n. Potom zmenou odporu Rs znížte nerovnováhu na nulu a nájdite Rx = Rs (N / M).
Meracie mostíky striedavého prúdu. Najbežnejšie AC meracie mostíky sú určené na meranie buď pri sieťovej frekvencii 50-60 Hz alebo pri audio frekvenciách (zvyčajne okolo 1000 Hz); špecializované meracie mostíky pracujú pri frekvenciách do 100 MHz. V striedavých meracích mostíkoch sa spravidla namiesto dvoch ramien, ktoré presne nastavujú pomer napätia, používa transformátor. Medzi výnimky z tohto pravidla patrí merací mostík Maxwell-Wien.
Merací most Maxwell - Viedeň. Takýto merací mostík umožňuje porovnávať štandardy indukčnosti (L) s kapacitnými štandardmi pri neznámej prevádzkovej frekvencii. Kapacitné štandardy sa používajú pri vysoko presných meraniach, pretože sú konštrukčne jednoduchšie ako presné indukčné štandardy, sú kompaktnejšie, ľahšie sa dajú tieniť a prakticky nevytvárajú vonkajšie elektromagnetické polia. Rovnovážne podmienky tohto meracieho mostíka sú nasledovné: Lx = R2R3C1 a Rx = (R2R3) / R1 (obr. 3). Most je vyvážený aj v prípade "nečistého" napájacieho zdroja (tj zdroja signálu obsahujúceho harmonické základné frekvencie), ak je hodnota Lx nezávislá od frekvencie.
Merací mostík transformátora. Jednou z výhod AC meracích mostíkov je jednoduché nastavenie presného pomeru napätia pomocou transformátora. Na rozdiel od napäťových deličov skonštruovaných z rezistorov, kondenzátorov alebo induktorov, transformátory udržujú konštantný pomer napätia po dlhú dobu a zriedka vyžadujú rekalibráciu. Na obr. 4 je znázornená schéma meracieho mostíka transformátora na porovnanie dvoch impedancií rovnakého typu. Medzi nevýhody meracieho mostíka transformátora patrí skutočnosť, že pomer nastavený transformátorom závisí do určitej miery od frekvencie signálu. To vedie k potrebe navrhovať transformátorové meracie mostíky len pre obmedzené frekvenčné rozsahy, v ktorých je zaručená pasová presnosť.
kde T je perióda signálu Y (t). Maximálna hodnota Ymax je najvyššia okamžitá hodnota signálu a priemerná absolútna hodnota YAA je absolútna hodnota spriemerovaná v čase. Pri sínusovej forme oscilácií je Yeff = 0,707Ymax a YAA = 0,637Ymax.
Meranie striedavého napätia a prúdu. Takmer všetky prístroje na meranie striedavého napätia a prúdu vykazujú hodnotu, ktorá sa navrhuje považovať za efektívnu hodnotu vstupného signálu. Nízkonákladové prístroje však často skutočne merajú priemernú absolútnu alebo maximálnu hodnotu signálu a upravujú stupnicu tak, aby hodnota zodpovedala ekvivalentnej efektívnej hodnote, za predpokladu, že vstupný signál je sínusový. Netreba prehliadnuť, že presnosť takýchto zariadení je extrémne nízka, ak signál nie je sínusový. Prístroje schopné merať skutočnú efektívnu hodnotu striedavých signálov môžu byť založené na jednom z troch princípov: násobenie elektrónov, vzorkovanie signálu alebo tepelná konverzia. Zariadenia založené na prvých dvoch princípoch spravidla reagujú na napätie a tepelné elektrické meracie zariadenia - na prúd. Pri použití prídavných a bočných rezistorov môžu všetky zariadenia merať prúd aj napätie.
Elektronické násobenie. Umocnenie a časové spriemerovanie vstupného signálu v určitej aproximácii vykonávajú elektronické obvody so zosilňovačmi a nelineárnymi prvkami na vykonávanie takých matematických operácií, ako je nájdenie logaritmu a antilogaritmu analógových signálov. Prístroje tohto typu môžu mať chybu rádovo len 0,009 %.
Vzorkovanie signálu. Striedavý signál je digitalizovaný pomocou rýchleho ADC. Vzorkované hodnoty signálu sú umocnené na druhú, sú sčítané a delené počtom diskrétnych hodnôt v jednej perióde signálu. Chyba takýchto zariadení je 0,01-0,1%.
Tepelné elektrické meracie prístroje. Najvyššiu presnosť merania efektívnych hodnôt napätia a prúdu poskytujú tepelné elektrické meracie prístroje. Používajú tepelný prúdový menič vo forme malej vákuovej sklenenej kartuše s vyhrievacím drôtom (dĺžka 0,5-1 cm), ku ktorej strednej časti je drobnou guľôčkou pripevnený termočlánkový horúci spoj. Guľa poskytuje tepelný kontakt a elektrickú izoláciu súčasne. Keď teplota stúpa, čo priamo súvisí s efektívnou hodnotou prúdu vo vykurovacom drôte, na výstupe termočlánku sa objaví termo-EMF (jednosmerné napätie). Tieto prevodníky sú vhodné na meranie striedavých prúdov s frekvenciou 20 Hz až 10 MHz. Na obr. 5 schematický diagram tepelného elektrického meracieho zariadenia s dvomi zvolenými tepelnými prúdovými meničmi. Keď sa na vstup obvodu privedie striedavé napätie Vac, na výstupe termočlánku meniča TC1 sa objaví jednosmerné napätie, zosilňovač A vytvára jednosmerný prúd vo vyhrievacom drôte meniča TC2, v ktorom jeho termočlánok dáva rovnaké jednosmerné napätie a konvenčné jednosmerné zariadenie meria výstupný prúd.
Pomocou prídavného odporu možno opísaný merač prúdu zmeniť na voltmeter. Pretože tepelné elektromery merajú priamo prúdy iba od 2 do 500 mA, na meranie vyšších prúdov sú potrebné odporové bočníky.
Meranie striedavého prúdu a energie. Výkon spotrebovaný záťažou v striedavom obvode sa rovná časovo priemernému súčinu okamžitých hodnôt napätia a prúdu záťaže. Ak sa napätie a prúd menia sínusovo (ako je to zvyčajne), potom výkon P môže byť vyjadrený ako P = EI cosj, kde E a I sú efektívne hodnoty napätia a prúdu a j je fázový uhol. (uhol posunu) napäťových a prúdových sínusoidov. ... Ak je napätie vyjadrené vo voltoch a prúd v ampéroch, výkon bude vyjadrený vo wattoch. Faktor cosj, nazývaný účinník, charakterizuje stupeň synchronicity kolísania napätia a prúdu. Z ekonomického hľadiska je najdôležitejšou elektrickou veličinou energia. Energia W je určená súčinom výkonu v čase jeho spotreby. V matematickej forme je to napísané takto:
Ak sa čas (t1 - t2) meria v sekundách, napätie e je vo voltoch a prúd i je v ampéroch, potom bude energia W vyjadrená vo watt-sekundách, t.j. joulov (1 J = 1 Whs). Ak sa čas meria v hodinách, energia je vo watthodinách. V praxi je pohodlnejšie vyjadrovať elektrinu v kilowatthodinách (1 kW * h = 1000 Wh).
Časovo zdieľané elektromery.Časovo zdieľané elektromery využívajú veľmi unikátnu, no presnú metódu merania elektrickej energie. Takéto zariadenie má dva kanály. Jeden kanál je elektronický spínač, ktorý prechádza alebo neprepúšťa vstup Y (alebo reverzný vstup -Y) do dolného filtra. Stav spínača je riadený výstupným signálom druhého kanála s pomerom časových intervalov "zatvorené" / "otvorené" úmerné jeho vstupnému signálu. Priemerný signál na výstupe filtra sa rovná časovému priemernému súčinu dvoch vstupných signálov. Ak je jeden vstupný signál úmerný napätiu na záťaži a druhý záťažovému prúdu, potom je výstupné napätie úmerné výkonu spotrebovaného záťažou. Chyba takýchto priemyselne vyrobených meračov je 0,02 % pri frekvenciách do 3 kHz (laboratórne - rádovo len 0,0001 % pri 60 Hz). Ako vysoko presné prístroje sa používajú ako vzorové meradlá na overovanie pracovných meradiel.
Diskretizačné wattmetre a elektromery. Takéto zariadenia sú založené na princípe digitálneho voltmetra, ale majú dva vstupné kanály, ktoré paralelne vzorkujú prúdové a napäťové signály. Každá diskrétna hodnota e (k) predstavujúca okamžité hodnoty napäťového signálu v čase vzorkovania sa vynásobí zodpovedajúcou diskrétnou hodnotou i (k) súčasne získaného aktuálneho signálu. Priemerný čas takýchto prác je výkon vo wattoch:
Sčítačka, ktorá akumuluje produkty diskrétnych hodnôt v priebehu času, udáva celkovú elektrinu vo watthodinách. Chyba elektromerov môže byť už od 0,01 %.
Indukčné elektromery. Indukčný merač nie je nič iné ako striedavý motor s nízkym výkonom s dvoma vinutiami - prúdom a napätím. Vodivý kotúč, umiestnený medzi vinutiami, sa otáča pôsobením krútiaceho momentu úmerného spotrebe energie. Tento moment je vyvážený prúdmi indukovanými v disku permanentným magnetom, takže rýchlosť otáčania disku je úmerná spotrebe energie. Počet otáčok disku za daný čas je úmerný celkovej elektrickej energii prijatej spotrebiteľom počas tejto doby. Počet otáčok disku počíta mechanické počítadlo, ktoré ukazuje elektrinu v kilowatthodinách. Zariadenia tohto typu sú široko používané ako domáce elektromery. Ich chyba je spravidla 0,5 %; majú dlhú životnosť pri všetkých prípustných úrovniach prúdu.
- meranie elektrických veličín: elektrické napätie, elektrický odpor, sila prúdu, frekvencia a fáza striedavého prúdu, prúdový výkon, elektrická energia, elektrický náboj, indukčnosť, elektrická kapacita atď ... ... Veľká sovietska encyklopédia
elektrické merania-- [V.A. Semenov. The English Russian Dictionary of Protection Relay] Ochranné relé Témy EN elektrické meranie meranie elektriny… Technická príručka prekladateľa
E. meracie prístroje sú prístroje a prístroje, ktoré slúžia na meranie E., ako aj magnetických veličín. Väčšina meraní spočíva v určení sily prúdu, napätia (potenciálneho rozdielu) a množstva elektriny. ... ... Encyklopedický slovník F.A. Brockhaus a I.A. Efron - súbor prvkov a zariadení spojených určitým spôsobom, ktoré tvoria cestu pre prechod elektrického prúdu. Teória obvodov je časť teoretickej elektrotechniky, ktorá sa zaoberá matematickými metódami výpočtu elektrických ... ... Collierova encyklopédia
aerodynamické merania Encyklopédia "Letenie"
aerodynamické merania- Ryža. 1. aerodynamické merania - proces empirického zisťovania hodnôt fyzikálnych veličín v aerodynamickom experimente pomocou vhodných technických prostriedkov. Existujú 2 typy I.A.: statické a dynamické. V…… Encyklopédia "Letenie"
Elektrické- 4. Elektrické normy pre projektovanie sietí rozhlasového vysielania. Moskva, Svyazizdat, 1961,80 s.
Plán
Úvod
Aktuálne merače
Meranie napätia
Kombinované zariadenia magnetoelektrického systému
Univerzálne elektronické meracie prístroje
Meracie skraty
Prístroje na meranie odporu
Stanovenie odporu uzemnenia
Magnetický tok
Indukcia
Bibliografia
Úvod
Meranie sa nazýva zistenie hodnoty fyzikálnej veličiny empiricky, pomocou špeciálnych technických prostriedkov – meracích prístrojov.
Meranie je teda informačný proces empirického získavania číselného pomeru medzi danou fyzikálnou veličinou a nejakou jej hodnotou, branou ako jednotka na porovnanie.
Výsledkom merania je pomenované číslo zistené meraním fyzikálnej veličiny. Jednou z hlavných úloh merania je posúdiť mieru aproximácie alebo rozdielu medzi skutočnými a skutočnými hodnotami meranej fyzikálnej veličiny – chybu merania.
Hlavné parametre elektrických obvodov sú: sila prúdu, napätie, odpor, prúdový výkon. Na meranie týchto parametrov sa používajú elektrické meracie prístroje.
Meranie parametrov elektrických obvodov sa vykonáva dvoma spôsobmi: prvým je priama metóda merania, druhá je nepriama metóda merania.
Priama metóda merania znamená získať výsledok priamo zo skúseností. Nepriame meranie je meranie, pri ktorom sa požadovaná hodnota zistí na základe známeho vzťahu medzi touto hodnotou a hodnotou získanou ako výsledok priameho merania.
Elektrické meracie prístroje - trieda prístrojov používaných na meranie rôznych elektrických veličín. Do skupiny elektrických meradiel patria okrem vlastných meradiel aj iné meracie prístroje - miery, prevodníky, komplexné inštalácie.
Elektrické meracie prístroje sa klasifikujú nasledovne: podľa meranej a reprodukovateľnej fyzikálnej veličiny (ampérmeter, voltmeter, ohmmeter, merač frekvencie a pod.); podľa účelu (meracie prístroje, miery, meracie prevodníky, meracie inštalácie a systémy, pomocné zariadenia); spôsobom poskytovania výsledkov merania (zobrazenie a registrácia); metódou merania (zariadenia na priame vyhodnocovanie a porovnávacie zariadenia); podľa spôsobu aplikácie a podľa dizajnu (panelová doska, prenosná a stacionárna); podľa princípu pôsobenia (elektromechanický - magnetoelektrický, elektromagnetický, elektrodynamický, elektrostatický, ferodynamický, indukčný, magnetodynamický; elektronický; termoelektrický; elektrochemický).
V tejto eseji sa vám pokúsim povedať o zariadení, princípe činnosti, poskytnúť popis a stručný popis elektrických meracích prístrojov elektromechanickej triedy.
Meranie prúdu
Ampérmeter je zariadenie na meranie sily prúdu v ampéroch (obr. 1). Stupnica ampérmetra je kalibrovaná v mikroampéroch, miliampéroch, ampéroch alebo kiloampéroch v súlade s meracími limitmi zariadenia. Ampérmeter je zapojený do elektrického obvodu v sérii s tou časťou elektrického obvodu (obr. 2), v ktorej sa meria sila prúdu; na zvýšenie limitu merania - bočníkom alebo cez transformátor.
Najbežnejšie ampérmetre, pri ktorých je pohyblivá časť prístroja so šípkou natočená o uhol úmerný veľkosti meraného prúdu.
Ampérmetre sú magnetoelektrické, elektromagnetické, elektrodynamické, tepelné, indukčné, detektorové, termoelektrické a fotoelektrické.
Jednosmerný prúd sa meria magnetoelektrickými ampérmetrami; indukcia a detektor - sila striedavého prúdu; ampérmetre iných systémov merajú silu akéhokoľvek prúdu. Najpresnejšie a najcitlivejšie sú magnetoelektrické a elektrodynamické ampérmetre.
Princíp činnosti magnetoelektrického zariadenia je založený na vytváraní krútiaceho momentu v dôsledku interakcie medzi poľom permanentného magnetu a prúdom, ktorý prechádza vinutím rámu. Šípka je pripojená k rámu a pohybuje sa pozdĺž stupnice. Uhol natočenia šípky je úmerný sile prúdu.
Elektrodynamické ampérmetre pozostávajú z pevnej a pohyblivej cievky zapojených paralelne alebo sériovo. Interakcie medzi prúdmi, ktoré prechádzajú cievkami, spôsobujú vychýlenie pohybujúcej sa cievky a šípky s ňou spojenej. V elektrickom obvode je ampérmeter zapojený do série so záťažou a pri vysokom napätí alebo vysokých prúdoch cez transformátor.
Technické údaje niektorých typov domácich ampérmetrov, miliampérmetrov, mikroampérmetrov, magnetoelektrických, elektromagnetických, elektrodynamických, ako aj tepelných systémov sú uvedené v tabuľke 1.
Stôl 1. Ampérmetre, miliampérmetre, mikroampérmetre
| Prístrojový systém | Typ zariadenia | Trieda presnosti | Limity merania |
| Magnetoelektrické | M109 | 0,5 | jeden; 2; 5; 10 A |
| M109 / 1 | 0,5 | 1,5-3 A | |
| M45M | 1,0 | 75 mV | |
| 75-0-75 mV | |||
| M1-9 | 0,5 | 10-1000 μA | |
| M109 | 0,5 | 2; 10; 50 mA | |
| 200 mA | |||
| M45M | 1,0 | 1,5-150 mA | |
| Elektromagnetické | E514 / 3 | 0,5 | 5-10 A |
| E514 / 2 | 0,5 | 2,5-5 A | |
| E514 / 1 | 0,5 | 1-2 A | |
| E316 | 1,0 | 1-2 A | |
| 3316 | 1,0 | 2,5-5 A | |
| E513 / 4 | 1,0 | 0,25-0,5-1 A | |
| E513 / 3 | 0,5 | 50-100-200 mA | |
| E513 / 2 | 0,5 | 25-50-100 mA | |
| E513 / 1 | 0,5 | 10-20-40 mA | |
| E316 | 1,0 | 10-20 mA | |
| Elektrodynamické | D510 / 1 | 0,5 | 0,1-0,2-0,5-1-2-5 A |
| Termálne | E15 | 1,0 | 30, 50, 100, 300 mA |
Meranie napätia
Voltmeter - merací prístroj s priamym čítaním na určenie napätia alebo EMF v elektrických obvodoch (obr. 3). Zapája sa paralelne so záťažou alebo zdrojom energie (obr. 4).
Podľa princípu činnosti sa voltmetre delia na: elektromechanické - magnetoelektrické, elektromagnetické, elektrodynamické, elektrostatické, usmerňovacie, termoelektrické; elektronické - analógové a digitálne. Po dohode: jednosmerný prúd; striedavý prúd; impulz; fázovo citlivý; selektívne; univerzálny. Podľa dizajnu a spôsobu aplikácie: panelová doska; prenosné; stacionárne. Technické údaje niektorých domácich voltmetrov, milivoltmetrov magnetoelektrických, elektrodynamických, elektromagnetických, ako aj tepelných systémov sú uvedené v tabuľke 2.
Tabuľka 2 Voltmetre a milivoltmetre
| Prístrojový systém | Typ zariadenia | Trieda presnosti | Limity merania |
| Elektrodynamické | D121 | 0,5 | 150-250V |
| D567 | 0,5 | 15-600V | |
| Magnetoelektrické | M109 | 0,5 | 3-600V |
| M250 | 0,5 | 3; 50; 200; 400 V | |
| M45M | 1,0 | 75 mV; | |
| 75-0-75 mV | |||
| 75-15-750-1500 mV | |||
| M109 | 0,5 | 10-3000 mV | |
| Elektrostatický | C50 / 1 | 1,0 | 30 palcov |
| C50 / 5 | 1,0 | 600 V | |
| C50 / 8 | 1,0 | 3 kV | |
| S96 | 1,5 | 7,5-15-30 kV | |
| Elektromagnetické | E515 / 3 | 0,5 | 75-600V |
| E515 / 2 | 0,5 | 7,5-60V | |
| E512 / 1 | 0,5 | 1,5-15V | |
| S elektronickým prevodníkom | Formulár 534 | 0,5 | 0,3-300V |
| Termálne | E16 | 1,5 | 0,75-50V |
Na meranie v jednosmerných obvodoch sa používajú kombinované prístroje magnetoelektrického systému ampérvolmetre. Technické údaje o niektorých typoch zariadení sú uvedené v tabuľke 3.
Tabuľka 3 Kombinované zariadenia magnetoelektrického systému .
| názov | Typ | Trieda presnosti | Limity merania |
| Milivolt-miliampérmeter | M82 | 0,5 | 15-3000 mV; 0,15-60 mA |
| Voltametr | M128 | 0,5 | 75mV-600V; 5; 10; 20 A |
| Amperevoltmeter | M231 | 1,5 | 75-0-75 mV; 100-0-100 V; 0,005-0-0,005 A; 10-0-10 A |
| Voltametr | M253 | 0,5 | 15mV-600V; 0,75 mA-3A |
| Milivolt-miliampérmeter | M254 | 0,5 | 0,15-60 mA; 15-3000 mV |
| Mikroamperevoltmeter | M1201 | 0,5 | 3-750 V; 0,3-750 μA |
| Voltametr | M1107 | 0,2 | 45mV-600V; 0,075 mA - 30 A |
| Miliampérvoltmeter | M45M | 1 | 7,5-150V; 1,5 mA |
| Voltmeter | M491 | 2,5 | 3-30-300-600 V; 30-300-3000 kΩ |
| Amperevoltmeter | M493 | 2,5 | 3-300 mA; 3-600 V; 3-300 kΩ |
| Amperevoltmeter | M351 | 1 | 75 mV-1500 V; 15 uA-3000 mA; 200 ohm - 200 ohm |
Technické údaje o kombinovaných prístrojoch - ampérvoltmetre a ampérvolt-wattmetre na meranie napätia a prúdu, ako aj výkonu v obvodoch striedavého prúdu.
Kombinované prenosné prístroje na meranie v jednosmerných a striedavých obvodoch zabezpečujú meranie jednosmerných a striedavých prúdov a odporov a niektoré majú aj kapacitu prvkov vo veľmi širokom rozsahu, sú kompaktné, majú autonómne napájanie, čo zabezpečuje ich široké využitie. Trieda presnosti tohto typu zariadení pri konštantnom prúde 2,5; na premennej - 4.0.
Univerzálne elektronické meracie prístroje
Univerzálne meracie prístroje (univerzálne voltmetre) sú široko používané na meranie elektrických veličín. Tieto prístroje umožňujú spravidla merať v extrémne širokom rozsahu striedavé a jednosmerné napätia a prúdy, odpory, v niektorých prípadoch aj frekvenciu signálov. V literatúre sa často nazývajú univerzálne voltmetre, pretože akákoľvek hodnota nameraná prístrojmi sa nejakým spôsobom prevedie na napätie, zosilnené širokopásmovým zosilňovačom. Zariadenia majú číselník (zariadenie elektromechanického typu), alebo displej s indikátorom tekutých kryštálov, niektoré zariadenia majú vstavané programy, je zabezpečené matematické spracovanie výsledkov.
Informácie o niektorých typoch moderných domácich univerzálnych zariadení sú uvedené v tabuľke 4.
Tabuľka 4 Univerzálne meracie prístroje
| Typ zariadenia | Hranice nameraných hodnôt, doplnkové funkcie | Ďalšie informácie |
| V7-21A | 1 μV-1000 V, 0,01 Ohm-12 Mohm, frekvencia do 20 kHz |
hmotnosť 5,5 kg |
| V7-34A | 1 μV-1000 V, 1 mΩ - 10 MΩ, chyba 0,02 % |
hmotnosť 10 kg |
| B7-35 | 0,1mV-1000V, 0,1 μV-10 A, 1 Ohm – 10 MOhm, |
hmotnosť batérie 2 kg |
| B7-36 | 0,1mV-1000V, 1 Ohm – 10 MOhm, |
Vypínač, napájanie z batérie |
Príslušenstvo je pripojené k univerzálnym zariadeniam:
1. Sonda na meranie striedavého napätia v rozsahu 50 kHz-1 GHz na rozšírenie striedavého napätia všetkými univerzálnymi voltmetrami a multimetrami.
2. Vysokonapäťový delič jednosmerného napätia do 30 kV 1: 1000. V tabuľke 5 sú uvedené technické údaje univerzálneho V3-38V.
Tabuľka 5. Technické údaje digitálneho milivoltmetra V3-38V
| technické údaje | Parametre | Význam |
| striedavé napätie | Rozsah napätia Limit merania |
10 μV ... 300 V 1 mV /… / 300 V (12 p / rozsahy, krok 1-3) |
| Frekvenčný rozsah | Normálna oblasť: 45 Hz ... 1 MHz Pracovné oblasti: 20 Hz ... 45 Hz; 1 MHz - 3 MHz; 3 MHz - 5 MHz |
|
Chyba merania Dodatočná chyba Čas vyrovnania |
± 2 % (pre harmonické vibrácie) ± 1 / 3 x kg, pri kg 20 % (pre neharmonické vibrácie) |
|
Maximálne vstupné napätie Vstupná impedancia |
600 V (250 V DC) 4 MOhm / 25 pF pri 1 mV /… / 300 mV 5 MOhm / 15 pF pri 1 V / ... / 300 V |
|
| Napäťový transformátor | Výstupné napätie Chyba konverzie Výstupná impedancia |
|
| Širokopásmový zosilňovač | Maximálne výstupné napätie | (100 ± 20) mV |
| Displej | Typ indikátora Formát zobrazenia |
LCD indikátor 3 ½ číslice |
| spoločné údaje | Napájacie napätie Rozmerové údaje |
220V ± 10%, 50Hz 155x209x278 mm |
Univerzálne voltmetre s tekutým kryštálom indikáciou výsledkov merania striedavých a jednosmerných prúdov a napätí, 2/4 vodičového odporu, frekvencií a periód, meranie AC rms a ľubovoľného napätia.
Okrem toho, v prítomnosti vymeniteľných snímačov teploty, zariadenia poskytujú meranie teploty od -200 do +1110 0 С, meranie výkonu, relatívnych úrovní (dB), záznam / čítanie až 200 výsledkov merania, automatický alebo manuálny výber merania limity, vstavaný testovací ovládací program, ovládanie hudobného zvuku.
Meracie skraty
Bočníky sú navrhnuté tak, aby rozšírili limity merania prúdu. Bočník je kalibrovaný, zvyčajne plochý vodič (rezistor) špeciálnej konštrukcie vyrobený z manganínu, ktorým preteká meraný prúd. Pokles napätia na bočníku je lineárnou funkciou prúdu. Menovité napätie zodpovedá menovitému prúdu bočníka. Používajú sa hlavne v jednosmerných obvodoch doplnených o magnetoelektrické meracie zariadenia. Pri meraní malých prúdov (do 30 A) sú bočníky zabudované v puzdre prístroja. Pri meraní vysokých prúdov (do 7500 A) sa používajú externé bočníky. Bočníky sú rozdelené podľa tried presnosti: 0,02; 0,05; 0,1; 0,2 a 0,5.
Kalibrované odpory, nazývané dodatočné odpory, sa používajú na rozšírenie limitov merania napätia prístrojov. Prídavné odpory sú vyrobené z izolovaného manganínového drôtu a sú tiež rozdelené podľa tried presnosti. Bočníky sú uvedené v tabuľke 6.
Tabuľka 6. Meracie skraty
| Typ | Menovitý prúd, A | Menovitý úbytok napätia, mV | Trieda presnosti |
| P114 / 1 | 75 | 45 | 0,1 |
| P114 / 1 | 150 | 45 | 0,1 |
| P114 / 1 | 300 | 45 | 0,1 |
| 75RI | 0,3-0,75 | 75 | 0,2 |
| 75RI | 1,5-7,5 | 75 | 0,2 |
| 75RI | 15-30 | 75 | 0,2 |
| 75RI | 75 | 75 | 0,2 |
| 75ShS-0,2 | 300; 500; 750; 1000; 1500; 2000; 4000 | 75 | 0,2 |
| 75 ShS | 5; 10; 20; 30; 50 | 75 | 0,5 |
| 75ShSM | 75; 100; 150; 200; 300; 500; 750; 1 000 | 75 | 0,5 |
Prístroje na meranie odporu
Zariadenia na meranie elektrického odporu sa v závislosti od rozsahu odporu meraného zariadeniami nazývajú ohmetre, mikroohmmetre, magohmetre. Na meranie odporu proti šíreniu prúdu uzemňovacích zariadení sa používajú uzemňovacie merače. Informácie o niektorých typoch týchto zariadení sú uvedené v tabuľke 7.
Tabuľka 7. Ohmmetre, mikroohmmetre, megoometre, uzemňovače
| Spotrebič | Typ | Limity merania | Základná chyba alebo trieda presnosti |
| Ohmmeter | M218 | 0,1-1-10-100 Ohm 0,1-1-10-100 kΩ 0,1-1-10-100 MΩ |
1,5-2,5% |
| Ohmmeter | M371 |
100-10 000 kΩ; |
± 1,5 % |
| Ohmmeter | M57D | 0-1 500 ohmov | ± 2,5 % |
| Mikroohmmeter | M246 | 100-1000 μOhm 10-100mΩ-10Ω |
|
| Mikroohmmeter | Formulár 415 | 100-1000 μOhm; |
- |
| Megaohmmeter | M4101 / 5 | 1 | |
| Megaohmmeter | M503M | 1 | |
| Megaohmmeter | M4101 / 1 | 1 | |
| Megaohmmeter | M4101 / 3 | 1 |
Stanovenie odporu uzemnenia
Uzemnenie sa vzťahuje na elektrické pripojenie akéhokoľvek obvodu alebo zariadenia k zemi. Uzemnenie sa používa na nastavenie a udržiavanie potenciálu pripojeného obvodu alebo zariadenia čo najbližšie k potenciálu zeme. Zemniaci obvod je tvorený vodičom, svorkou, ktorou je vodič spojený s elektródou, elektródou a zemou okolo elektródy. Uzemnenie sa široko používa na účely elektrickej ochrany. Napríklad v osvetľovacích zariadeniach sa uzemnenie používa na uzemnenie poruchového prúdu na ochranu personálu a komponentov zariadenia pred vysokým napätím. Nízky odpor uzemňovacieho obvodu zaisťuje, že zemný poruchový prúd tečie dole a ochranné relé pracujú rýchlo. Výsledkom je, že cudzie napätie je čo najrýchlejšie odstránené, aby mu nebol vystavený personál a vybavenie. Aby bolo možné čo najlepšie zachytiť referenčný potenciál zariadenia na ochranu pred statickou elektrinou a obmedziť napätie na kryte zariadenia na ochranu personálu, ideálny uzemňovací odpor by mal byť nulový.
PRINCÍP MERANIA ODPORU UZEMNENIA
Voltmeter meria napätie medzi kolíkmi X a Y a ampérmeter - prúd tečúci medzi kolíkmi X a Z (obr. 5)
Všimnite si, že body X, Y a Z zodpovedajú bodom X, P a C zariadenia pracujúceho v 3-bodovej schéme alebo bodom C1, P2 a C2 zariadenia pracujúceho v 4-bodovej schéme.
Pomocou vzorcov Ohmovho zákona E = R I alebo R = E / I môžeme určiť odpor uzemnenia elektródy R. Napríklad, ak E = 20 V a I = 1 A, potom:
R = E/I = 20/1 = 20 Ohm
Keď používate tester uzemnenia, tieto výpočty nemusíte robiť. Prístroj sám vygeneruje prúd potrebný na meranie a priamo zobrazí hodnotu odporu uzemnenia.
Zoberme si napríklad meter zahraničného výrobcu, značka 1820 ER (obr. 6 a tabuľka 8).
Tabuľka 8. Technické údaje meradla typu 1820 ER
| technické údaje | Parametre | Hodnoty |
| Zemný odpor | Limity merania | dvadsať; 200; 2000 ohmov |
| Povolenie | 0,01 ohm pri limite 20 ohmov 0,1 ohm pri limite 200 ohmov 1 ohm pri limite 2 000 ohmov |
|
| Chyba merania | ± (2,0 % + 2 jednotky ml výboja) | |
| Testovací signál | 820 Hz, 2 mA | |
| Dotykové napätie | Limity merania | 200 V, 50 ... 60 Hz |
| Povolenie | 1 palec | |
| Chyba merania | ± (1 % + 2 jednotky ml výboja) | |
| spoločné údaje | Indikátor | LCD, maximálne zobrazené číslo 2 000 |
| Napájacie napätie | 1,5 V x 8 (typ AA) | |
| rozmery | 170 x 165 x 92 mm | |
| Hmotnosť | 1 kg |
Magnetický tok
Všeobecné informácie.
Magnetický tok- tok ako integrál vektora magnetickej indukcie cez konečnú plochu. Definované cez integrál na povrchu
v tomto prípade je vektorový prvok plochy povrchu definovaný ako
kde je jednotkový vektor kolmý k povrchu.
kde α je uhol medzi vektorom magnetickej indukcie a normálou k rovine plochy.
Magnetický tok cez obvod môže byť tiež vyjadrený cirkuláciou vektorového potenciálu magnetického poľa pozdĺž tohto obvodu:
Jednotky
V sústave SI je jednotkou magnetického toku Weber (Wb, rozmer - V · s = kg · m² · s −2 · A −1), v sústave CGS - Maxwell (Ms); 1 Wb = 108 Mks.
Zariadenie na meranie magnetického toku je tzv Fluxmeter(z lat. fluxus - prúd a ... meter) alebo webmeter.
Indukcia
Magnetická indukcia- vektorová veličina, čo je silová charakteristika magnetického poľa v danom bode priestoru. Ukazuje, ako silné magnetické pole pôsobí na náboj pohybujúci sa rýchlosťou.
Presnejšie, je to taký vektor, že Lorentzova sila pôsobiaca na náboj pohybujúci sa rýchlosťou je rovná
kde α je uhol medzi vektormi rýchlosti a magnetickej indukcie.
Magnetickú indukciu možno tiež definovať ako pomer maximálneho mechanického momentu síl pôsobiacich na rám s prúdom, umiestneným v rovnomernom poli, k súčinu prúdu v ráme podľa jeho plochy.
Je to hlavná charakteristika magnetického poľa, podobná vektoru intenzity elektrického poľa.
V systéme CGS sa magnetická indukcia poľa meria v gaussoch (G), v systéme SI - v tesle (T)
1 T = 104 G
Magnetometre používané na meranie magnetickej indukcie sa nazývajú teslametre.
Bibliografia
1. Príručka o elektrotechnike a elektrických zariadeniach, I.I.
2. Elektrotechnika, V.I. Ryabov
3. Moderné meracie elektrické zariadenia, Zhuravlev A.
Hlavné parametre elektrických obvodov sú: pre jednosmerný obvod odpor R,
pre aktívny odpor AC obvodu ,
indukčnosť 
, kapacita 
, komplexný odpor 
.
Najčastejšie sa na meranie týchto parametrov používajú tieto metódy: ohmmeter, ampérmeter - voltmeter, mostík. Použitie kompenzátorov na meranie odporu 
už diskutované v časti 4.1.8. Uvažujme o iných metódach.
Ohmmetre. Priamo a rýchlo je možné merať odpor prvkov jednosmerného obvodu pomocou ohmmetra. V diagramoch znázornených na obr. šestnásť ONI- magnetoelektrický merací mechanizmus.
Pri konštantnom napájacom napätí 
hodnoty meracieho mechanizmu závisia len od hodnoty meraného odporu 
.
V dôsledku toho môže byť stupnica kalibrovaná v jednotkách odporu.
Pre sériový obvod na zapínanie prvku s odporom 
(Obr. 4.16, 
)
uhol vychýlenia šípky
,
Pre paralelné pripojenie (obr. 4.16, 
)
,kde 
- citlivosť magnetoelektrického meracieho mechanizmu; 
- odpor meracieho mechanizmu; 
- odpor prídavného odporu. Pretože hodnoty všetkých veličín na pravej strane vyššie uvedených rovníc, okrem 
,
potom je uhol vychýlenia určený hodnotou 
.
Stupnice ohmmetra pre obe schémy spínania sú nerovnomerné. V sekvenčnej schéme spínania, na rozdiel od paralelnej, je nula stupnice zarovnaná s maximálnym uhlom natočenia pohyblivej časti. Ohmmetre so sériovým zapojením sú vhodnejšie na meranie veľkých odporov a s paralelným obvodom - malé. Ohmmetre sa zvyčajne vyrábajú vo forme prenosných prístrojov tried presnosti 1.5 a 2.5. Ako zdroj energie 
použite batériu. Potreba nastaviť nulu pomocou korektora je hlavnou nevýhodou uvažovaných ohmmetrov. Táto nevýhoda absentuje u ohmmetrov s magnetoelektrickým pomeromerom.
Schéma zapnutia pomerového merača v ohmmetri je na obr. 4.17. V tejto schéme 1 a 2
- cievky logometra (ich odpor 
a 
);
a 
- prídavné odpory trvalo zahrnuté v obvode.
,
potom odchýlka šípky pomerového ukazovateľa 
,
t.j. uhol vychýlenia je určený hodnotou 
a nezávisí od napätia
.
Ohmmetre s pomerovým meračom majú rôzne vyhotovenia v závislosti od požadovaného rozsahu merania, účelu (panelové alebo prenosné zariadenie) atď.
Metóda ampérmeter-voltmeter... Táto metóda je nepriama metóda na meranie odporu prvkov obvodov AC a DC. Ampérmetrom a voltmetrom sa meria prúd a napätie na odpore 
ktorého hodnota sa potom vypočíta podľa Ohmovho zákona: 
... Presnosť určenia odporov touto metódou závisí jednak od presnosti prístrojov a jednak od použitého spínacieho obvodu (obr. 4.18, Obr. 
a 
).
Pri meraní relatívne nízkych odporov (menej ako 1 Ohm) je obvod na obr. 4,18, 
výhodnejšie, pretože voltmeter je pripojený priamo k meranému odporu 
a prúd 
, merané ampérmetrom, sa rovná súčtu prúdu v nameranom odpore 
a prúd vo voltmetri 
, t.j. 
... Pretože 
>>
, potom 
.
Pri meraní relatívne veľkých odporov (viac ako 1 Ohm) je obvod na obr. 4,18, 
, keďže ampérmeter priamo meria prúd v odpore 
,
a napätie 
,
nameraná voltmetrom sa rovná súčtu napätí na ampérmetri
a nameraný odpor 
, t.j. 
... Pretože 
>>
, potom 
.
Schematické schémy zapínania zariadení na meranie impedancie prvkov 
Obvody striedavého prúdu využívajúce metódu ampérmeter-voltmeter sú rovnaké ako pri meraní odporu 
.
V tomto prípade podľa nameraných hodnôt napätia 
a aktuálne 
určiť impedanciu 
.
Je zrejmé, že táto metóda nemôže merať argument overovaného odporu. Preto je možné použiť metódu ampérmeter-voltmeter na meranie indukčnosti cievok a kapacity kondenzátorov, ktorých straty sú dosť malé. V tomto prípade
;
.
Plán
Úvod
Aktuálne merače
Meranie napätia
Kombinované zariadenia magnetoelektrického systému
Univerzálne elektronické meracie prístroje
Meracie skraty
Prístroje na meranie odporu
Stanovenie odporu uzemnenia
Magnetický tok
Indukcia
Bibliografia
Úvod
Meranie sa nazýva zistenie hodnoty fyzikálnej veličiny empiricky, pomocou špeciálnych technických prostriedkov – meracích prístrojov.
Meranie je teda informačný proces empirického získavania číselného pomeru medzi danou fyzikálnou veličinou a nejakou jej hodnotou, branou ako jednotka na porovnanie.
Výsledkom merania je pomenované číslo zistené meraním fyzikálnej veličiny. Jednou z hlavných úloh merania je posúdiť mieru aproximácie alebo rozdielu medzi skutočnými a skutočnými hodnotami meranej fyzikálnej veličiny – chybu merania.
Hlavné parametre elektrických obvodov sú: sila prúdu, napätie, odpor, prúdový výkon. Na meranie týchto parametrov sa používajú elektrické meracie prístroje.
Meranie parametrov elektrických obvodov sa vykonáva dvoma spôsobmi: prvým je priama metóda merania, druhá je nepriama metóda merania.
Priama metóda merania znamená získať výsledok priamo zo skúseností. Nepriame meranie je meranie, pri ktorom sa požadovaná hodnota zistí na základe známeho vzťahu medzi touto hodnotou a hodnotou získanou ako výsledok priameho merania.
Elektrické meracie prístroje - trieda prístrojov používaných na meranie rôznych elektrických veličín. Do skupiny elektrických meradiel patria okrem vlastných meradiel aj iné meracie prístroje - miery, prevodníky, komplexné inštalácie.
Elektrické meracie prístroje sa klasifikujú nasledovne: podľa meranej a reprodukovateľnej fyzikálnej veličiny (ampérmeter, voltmeter, ohmmeter, merač frekvencie a pod.); podľa účelu (meracie prístroje, miery, meracie prevodníky, meracie inštalácie a systémy, pomocné zariadenia); spôsobom poskytovania výsledkov merania (zobrazenie a registrácia); metódou merania (zariadenia na priame vyhodnocovanie a porovnávacie zariadenia); podľa spôsobu aplikácie a podľa dizajnu (panelová doska, prenosná a stacionárna); podľa princípu pôsobenia (elektromechanický - magnetoelektrický, elektromagnetický, elektrodynamický, elektrostatický, ferodynamický, indukčný, magnetodynamický; elektronický; termoelektrický; elektrochemický).
V tejto eseji sa vám pokúsim povedať o zariadení, princípe činnosti, poskytnúť popis a stručný popis elektrických meracích prístrojov elektromechanickej triedy.
Meranie prúdu
Ampérmeter je zariadenie na meranie sily prúdu v ampéroch (obr. 1). Stupnica ampérmetra je kalibrovaná v mikroampéroch, miliampéroch, ampéroch alebo kiloampéroch v súlade s meracími limitmi zariadenia. Ampérmeter je zapojený do elektrického obvodu v sérii s tou časťou elektrického obvodu (obr. 2), v ktorej sa meria sila prúdu; na zvýšenie limitu merania - bočníkom alebo cez transformátor.
Najbežnejšie ampérmetre, pri ktorých je pohyblivá časť prístroja so šípkou natočená o uhol úmerný veľkosti meraného prúdu.
Ampérmetre sú magnetoelektrické, elektromagnetické, elektrodynamické, tepelné, indukčné, detektorové, termoelektrické a fotoelektrické.
Jednosmerný prúd sa meria magnetoelektrickými ampérmetrami; indukcia a detektor - sila striedavého prúdu; ampérmetre iných systémov merajú silu akéhokoľvek prúdu. Najpresnejšie a najcitlivejšie sú magnetoelektrické a elektrodynamické ampérmetre.
Princíp činnosti magnetoelektrického zariadenia je založený na vytváraní krútiaceho momentu v dôsledku interakcie medzi poľom permanentného magnetu a prúdom, ktorý prechádza vinutím rámu. Šípka je pripojená k rámu a pohybuje sa pozdĺž stupnice. Uhol natočenia šípky je úmerný sile prúdu.
Elektrodynamické ampérmetre pozostávajú z pevnej a pohyblivej cievky zapojených paralelne alebo sériovo. Interakcie medzi prúdmi, ktoré prechádzajú cievkami, spôsobujú vychýlenie pohybujúcej sa cievky a šípky s ňou spojenej. V elektrickom obvode je ampérmeter zapojený do série so záťažou a pri vysokom napätí alebo vysokých prúdoch cez transformátor.
Technické údaje niektorých typov domácich ampérmetrov, miliampérmetrov, mikroampérmetrov, magnetoelektrických, elektromagnetických, elektrodynamických, ako aj tepelných systémov sú uvedené v tabuľke 1.
Stôl 1. Ampérmetre, miliampérmetre, mikroampérmetre
| Prístrojový systém | Typ zariadenia | Trieda presnosti | Limity merania |
| Magnetoelektrické | M109 | 0,5 | jeden; 2; 5; 10 A |
| M109 / 1 | 0,5 | 1,5-3 A | |
| M45M | 1,0 | 75 mV | |
| 75-0-75 mV | |||
| M1-9 | 0,5 | 10-1000 μA | |
| M109 | 0,5 | 2; 10; 50 mA | |
| 200 mA | |||
| M45M | 1,0 | 1,5-150 mA | |
| Elektromagnetické | E514 / 3 | 0,5 | 5-10 A |
| E514 / 2 | 0,5 | 2,5-5 A | |
| E514 / 1 | 0,5 | 1-2 A | |
| E316 | 1,0 | 1-2 A | |
| 3316 | 1,0 | 2,5-5 A | |
| E513 / 4 | 1,0 | 0,25-0,5-1 A | |
| E513 / 3 | 0,5 | 50-100-200 mA | |
| E513 / 2 | 0,5 | 25-50-100 mA | |
| E513 / 1 | 0,5 | 10-20-40 mA | |
| E316 | 1,0 | 10-20 mA | |
| Elektrodynamické | D510 / 1 | 0,5 | 0,1-0,2-0,5-1-2-5 A |
| Termálne | E15 | 1,0 | 30, 50, 100, 300 mA |
Meranie napätia
Voltmeter - merací prístroj s priamym čítaním na určenie napätia alebo EMF v elektrických obvodoch (obr. 3). Zapája sa paralelne so záťažou alebo zdrojom energie (obr. 4).
Podľa princípu činnosti sa voltmetre delia na: elektromechanické - magnetoelektrické, elektromagnetické, elektrodynamické, elektrostatické, usmerňovacie, termoelektrické; elektronické - analógové a digitálne. Po dohode: jednosmerný prúd; striedavý prúd; impulz; fázovo citlivý; selektívne; univerzálny. Podľa dizajnu a spôsobu aplikácie: panelová doska; prenosné; stacionárne. Technické údaje niektorých domácich voltmetrov, milivoltmetrov magnetoelektrických, elektrodynamických, elektromagnetických, ako aj tepelných systémov sú uvedené v tabuľke 2.
Tabuľka 2 Voltmetre a milivoltmetre
| Prístrojový systém | Typ zariadenia | Trieda presnosti | Limity merania |
| Elektrodynamické | D121 | 0,5 | 150-250V |
| D567 | 0,5 | 15-600V | |
| Magnetoelektrické | M109 | 0,5 | 3-600V |
| M250 | 0,5 | 3; 50; 200; 400 V | |
| M45M | 1,0 | 75 mV; | |
| 75-0-75 mV | |||
| 75-15-750-1500 mV | |||
| M109 | 0,5 | 10-3000 mV | |
| Elektrostatický | C50 / 1 | 1,0 | 30 palcov |
| C50 / 5 | 1,0 | 600 V | |
| C50 / 8 | 1,0 | 3 kV | |
| S96 | 1,5 | 7,5-15-30 kV | |
| Elektromagnetické | E515 / 3 | 0,5 | 75-600V |
| E515 / 2 | 0,5 | 7,5-60V | |
| E512 / 1 | 0,5 | 1,5-15V | |
| S elektronickým prevodníkom | Formulár 534 | 0,5 | 0,3-300V |
| Termálne | E16 | 1,5 | 0,75-50V |
Na meranie v jednosmerných obvodoch sa používajú kombinované prístroje magnetoelektrického systému ampérvolmetre. Technické údaje o niektorých typoch zariadení sú uvedené v tabuľke 3.
Tabuľka 3 Kombinované zariadenia magnetoelektrického systému.
| názov | Typ | Trieda presnosti | Limity merania |
| Milivolt-miliampérmeter | M82 | 0,5 | 15-3000 mV; 0,15-60 mA |
| Voltametr | M128 | 0,5 | 75mV-600V; 5; 10; 20 A |
| Amperevoltmeter | M231 | 1,5 | 75-0-75 mV; 100-0-100 V;0,005-0-0,005 A; 10-0-10 A |
| Voltametr | M253 | 0,5 | 15mV-600V; 0,75 mA-3A |
| Milivolt-miliampérmeter | M254 | 0,5 | 0,15-60 mA; 15-3000 mV |
| Mikroamperevoltmeter | M1201 | 0,5 | 3-750 V; 0,3-750 μA |
| Voltametr | M1107 | 0,2 | 45mV-600V; 0,075 mA - 30 A |
| Miliampérvoltmeter | M45M | 1 | 7,5-150V; 1,5 mA |
| Voltmeter | M491 | 2,5 | 3-30-300-600 V; 30-300-3000 kOhm |
| Amperevoltmeter | M493 | 2,5 | 3-300 mA; 3-600 V; 3-300 kΩ |
| Amperevoltmeter | M351 | 1 | 75 mV – 1 500 V; 15 μA – 3 000 mA; 200 Ohm – 200 MΩ |
Technické údaje o kombinovaných prístrojoch - ampérvoltmetre a ampérvolt-wattmetre na meranie napätia a prúdu, ako aj výkonu v obvodoch striedavého prúdu.
Kombinované prenosné prístroje na meranie v jednosmerných a striedavých obvodoch zabezpečujú meranie jednosmerných a striedavých prúdov a odporov a niektoré majú aj kapacitu prvkov vo veľmi širokom rozsahu, sú kompaktné, majú autonómne napájanie, čo zabezpečuje ich široké využitie. Trieda presnosti tohto typu zariadení pri konštantnom prúde 2,5; na premennej - 4.0.
Univerzálne elektronické meracie prístroje