Електричні вимірювання

Електровимірювальні прилади призначені для порівняння вимірювальної величини з іншою однорідною величиною, що приймається за одиницю і називається мірою.

Результат будь-якого вимірювання дещо відрізняється від дійсного значення вимірюваної величини, яке визначається за зразковим приладом, звіреним з еталоном.

Помилка у вимірюванні називається похибкою ( а) – різницею між величиною, добутою при вимірюванні, та її дійсним значенням, а також відносну похибку ( ) - відношення абсолютної похибки до дійсного значення вимірюваної величини, вираженої в процентах. Є ще основна зведена похибка ( %). Це виражене в процентах відношення найбільшої абсолютної похибки ( а)max до максимального значення вимірюваної величини за шкалою приладу ( ), тобто

% = 100.

Класифікація електровимірювальних приладів

Робота електровимірювальних приладів полягає в переміщенні їх рухомої частини, спричинюваному механічними зусиллями, що виникають у приладі внаслідок одного з проявів електричного струму (теплового, магнітного, індукційного, електродинамічного та ін.). Усі електровимірювальні прилади класифікуються за такими ознаками: родом вимірювальної величини; родом струму; ступенем точності;принципом дії (система приладу); способом оцінки вимірювальної величини.

За родом вимірювальної величини класифікація електровимірювальних приладів така:

Рід вимірювальної величини Найменування приладу

Струм Амперметр

Напруга Вольтметр

Електрична потужність Ватметр, кіловатметр

Електрична енергія Лічильник кіловат-годин

Опір Омметр

Зсув фаз Фазометр

Частота Частотомір

Таблиця 6.1 Умовні позначення електровимірювальних приладів

За родом струму електровимірювальні прилади поділяються на три групи: 1) прилади, що вимірюють тільки постійний струм; 2) прилади, які вимірюють тільки змінний струм; 3) прилади, що вимірюють як постійний так і змінний струм.

За ступенем точності електровимірювальні прилади охоплюють такі класи: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0, 5,0.

Ці дані стосуються основної зведеної похибки приладів.

Дія електровимірювальних приладів ґрунтується на використанні таких систем: магнітоелектричної, електромагнітної, електродинамічної, індукційної, теплової, вібраційної, термоелектричної, детекторної, електронної, електростатичної, електролітичної, фотоелектричної. Найбільш поширеними є перші чотири системи.

За способом оцінки вимірювальної величини електровимірювальні прилади поділяються на прилади безпосередньої оцінки та прилади порівняння. Перші показують числове значення вимірювальної величини, а другі порівнюють вимірювану величину з відповідною мірою. Наприклад, вимірювальний міст порівнює вимірювальний опір з певним відомим опором, змонтованим в ньому.

Вимірювання струму

Сила струму в електричних колах вимірюється за допомогою приладів, які називаються амперметрами.

Для вимірювання струму на будь-якій ділянці кола потрібно, щоб увесь струм цієї ділянки проходив через вимірювальний механізм амперметра. Це значить, що прилад повинен бути ввімкнений в розсічення цієї ділянки кола, тобто послідовно навантаженням. Його опір повинен бути мінімальний. Для вимірювання постійного струму придатні амперметри магнітоелектричної, електромагнітної та електродинамічної систем, а змінного струму – електромагнітної, електродинамічної та індукційної систем.

Тільки амперметри електромагнітної системи можуть вимірювати струм до 300 А. У приладів інших систем струмоведучі частини розраховано на дуже малі струми. Особливо це стосується амперметрів магнітоелектричної системи, де допускається струм не більше 10 мА.

Для збільшення меж вимірювання постійного струму застосовуються шунти, а змінного – вимірювальні трансформатори струму.

Шунт – це дуже малий опір, який вмикається в коло послідовно з навантаженням. Амперметр приєднується до шунта паралельно.

Шунт розраховується на струм, який становить близько 99 % струму І. Через амперметр проходить приблизно 1 % струму І. Шунти виготовляються з манганіну, який має цінну властивість сталості опору при змінах температури.

Шунти на малі струми монтуються всередині амперметра, а на великі використовуються виносні шунти. На змінному струмі через великі спотворення показів приладу шунти не застосовуються.

Вимірювання напруги

Напруга в електричних колах вимірюється за допомогою приладів, які називаються вольтметрами.

Щоб виміряти напругу між любими двома точками електричного кола необхідно приєднати паралельно вольтметр. Щоб не змінювати загальний струм цієї ділянки необхідно зробити внутрішній опір вольтметра дуже великим (кілька тисяч омів). Досягти цього неможливо, і тому послідовно до вольтметра приєднують додатковий опір, виготовлений з манганіну. Цей опір розширяє межі вимірювання напруги, а також робить покази вольтметра незалежними від температури.

У вольтметрі сила струму в струмоведучій частині залежить від прикладеної до затискачів напруги. Кут відхилення рухомої частини вольтметра, тобто покази приладу, будуть пропорційні напрузі.

Опір котушки вольтметра залежить від температури, тобто покази вольтметра при різних температурах навколишнього середовища будуть різними. Корисна дія великого додаткового опору з манганіну тут позначається в тому, що порівняно з ним коливання невеликого опору котушки вольтметра не впливають істотно на покази приладу. Конструктивно додаткові опори невеликих розмірів розміщуються під кожухом вольтметра, а великих – установлюються поза приладом.

Для вимірювання напруги постійного струму з розглянутих систем у вольтметрах застосовуються всі, крім індукційної, а для вимірювання напруги змінного струму використовуються – всі, крім магнітоелектричної. При вимірюванні високих напруг змінного струму використовуються вимірювальні трансформатори напруги, до яких приєднуються вольтметри.