Главная Инструменты

Измерение постоянного тока и напряжения. Глава пятнадцатая. измерения электрических, магнитных и неэлектрических величин

24.05.2018

Рабочими средствами измерений переменных токов и напря­жений являются амперметры (микро-, милли-, килоамперметры), вольтметры (микро-, милли-, киловольтметры), компенсаторы переменного тока, универсальные и комбинированные приборы, а также регистрирующие приборы и электронные осциллографы.

Особенностью измерений переменных токов и напряжений является то, что они изменяются во времени. В общем случае изменяющаяся во времени величина может быть полностью пред­ставлена мгновенными значениями в любой момент времени.

Переменные во времени величины могут быть также охарактери­зованы своими отдельными параметрами (например, амплиту­дой) или интегральными параметрами.

К интегральным параметрам относятся:

действующее значение - ,

средневыпрямленное значение - ,

среднее значение - ,

где x(t) - изменяющаяся во времени величина.

Таким образом, при измерении переменных токов и напряжений могут измеряться их действующие, амплитудные, средневыпрямленные, средние и мгновенные значения. В практике электрических измерений чаще всего приходится измерять синусоидальные переменные токи и напряжения, которые обычно характеризуются действую­щим значением. Поэтому подавляющее большинство средств измерений переменных токов и напряжений градуируются в дей­ствующих значениях для синусоидальной формы кривой тока или напряжения.

Малые переменные токи измеряют цифровыми, элек­тронными и выпрямительными приборами, малые переменные напряжения - электронными вольтметрами. Наиболее широкий диапазон измерений переменных токов при прямом включении средств измерений обеспечивают выпрямительные приборы. Они имеют относительно широкий диапазон и при измерении перемен­ных напряжений. Эти приборы делают, как правило, многопредельными.

Следует также учесть, что эти приборы при отключе­нии выпрямителя используются как магнитоэлектрические приборы для измерений постоянных токов и напряжений. Благодаря такой универсальности и небольшим габаритам выпрямительные приборы широко применяются в лабораторной и производствен­ной практике.

Переменные токи свыше килоампера и переменные напряжения свыше киловольта измеряют с помощью наружных измери­тельных трансформаторов тока или напряжения электромагнитными, выпрямительными и электродинамическими приборами.

Измерения высоких переменных напряжений (до 75 кВ) прямом включении средств измерений позволяют осуществлять электростатические киловольтметры.



Наиболее точные измерения действующих значений синусои­дальных токов и напряжений можно осуществить электродинами­ческими приборами, цифровыми приборами и компенсаторами переменного тока. Однако погрешность измерений переменных токов и напряжений больше, чем постоянных.

Активная мощность измеряется ваттметром, а реактивная мощность измеряется варметром.

Измерение больших мощностей. При измерении больших мощностей используются трансформатор тока и трансформатор напряжения.

Схема подключения показана на рисунке 8.4.

Рисунок 8.4 Схема подключения ваттметра для измерения

больших мощностей

8.3 Измерение токов и напряже­ний в трехфазных цепях

В общем случае в несимметричных трехфазных цепях число необходимых средств измерений токов и напряжений соответствует числу измеряемых величин, если каждая измеряемая величина измеряется своим прибором. При измерениях в симметричных трехфазных цепях достаточно про­извести измерение тока или напряжения только в одной линии (фазе), так как в этом случае все линейные (фазные) токи и на­пряжения равны между собой. Связь между линейными и фазны­ми токами и напряжениями зависит от схемы включения нагруз­ки.

В несимметричных трехфазных цепях при измерениях токов и напряжений с помощью измерительных трансформаторов можно сэкономить на количестве исполь­зуемых измерительных трансформаторов.

Для примера на рисунке 8.5приведена схема измерений трех линейных токов с использованием двух измерительных трансформаторов тока, а на рисунке 8.6- аналогичная схема измерений линейных напряжений (V1 - U AB , V2 - U B С, V3 - U С A).

Рисунок 8.5

Рисунок 8.6

Эти схемы основаны на известных соотношениях для трехфазных цепей.

Следует иметь в виду, что для правильного суммирования токов необходимо следить за правильностью вклю­чения генераторных зажимов измерительных трансформаторов. Неправильное включение генераторных зажимов одного из транс­форматоров (в первичной или вторичной цепи) приведет к изме­нению фазы одного из суммируемых токов, и результат получится неправильный. Схема для измерений линейных напряжений рабо­тает аналогично. Подобные схемы могут быть использованы для измерения фазных токов и напряжений.

Для измерений токов и напряжений в трехфазных цепях можно использовать средства измерений этих величин, предназначенные для однофазных це­пей. Кроме этих средств, промышленностью выпускаются специ­альные приборы для измерения в трехфазных цепях, позволяю­щие более быстро и удобно выполнить необходимые измерения.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Автоматизации Теплоэнергетических Процессов


Отчет по лабораторной работе №3

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ

по курсу «Метрология, стандартизация и сертификация »


Студент гр. _____________ Пирназаров М.И

Выполнил

Студент гр ________________ Усмонов Э.Б

Предподователь ________________ Медведев В.В


Томск-2015г

Введение


Цель работы заключается в изучении различных видов измерений, а также в практическом освоении прямых и косвенных методов измерения электрических величин (постоянного тока и напряжения).

1.изучение классификации измерений;

2.измерение величины постоянного тока прямым и косвенным методами;

.построить графики;

.измерение величины напряжения постоянного тока прямы,м и косвенным методами.

Прямые и косвенные измерения U и I


Прямыми называют измерения, при которых искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных (по показаниям ИП).

Косвенными называют измерения, при которых искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, измеренными прямым методом.



где Y - искомая, косвенно измеренная величина;, x2, x3, … xn - величины, измеренные прямым методом;

Прямой метод измерения напряжения постоянного тока

Для прямого измерения напряжения постоянного тока необходимо собрать схему, приведенную на рис. 2.


Рисунок 2 - Схема экспериментальной цепи


Таблица 1 - результаты измерения постоянного напряжения

Угол поворота регулятора Р2 «Установка +U», °Результаты прямого измерения напряжения, ВРезультаты косвенного измерения напряжения, В00,010,56603,813,811209,569,2118014,2714,33

Косвенный метод измерения напряжения постоянного тока

Напряжение и ток в цепи постоянного тока связаны законом Ома:



где U - искомое значение напряжения, В,- измеренное значение постоянного тока, А,- известное значение сопротивления, Ом.

следовательно, величину напряжения постоянного тока в цепи можно оценить, измерив величину тока в цепи.

Для косвенного измерения напряжения постоянного тока цепи необходимо собрать


Рисунок 3 - Схема экспериментальной цепи


Таблица 2 - результаты измерения постоянного тока

Угол поворота регулятора Р2 «Установка +U», °Результаты измерения тока, мА00,02604,131208,4618013,30

Значения напряжения постоянного тока в цепи рассчитываются по формуле (2) и заносятся в таблицу 1.

По данным таблицы 1 в одной системе координат строим графики зависимости результатов прямого и косвенного измерений от значения угла поворота регулятора Р2. Графически показать абсолютную погрешность измерений. Сделать вывод о характере погрешности.


Рисунок 4 - График зависимости результатов прямого и косвенного измерений тока от значения угла поворота регулятора.


Прямой и косвенный методы измерения постоянного тока


Собираем схему, представленную на рис. 3 и данные заносим в таблицу 3.

напряжение сила ток измерение

Таблица 3 - результаты измерения постоянного тока

Результат прямого измерения постоянного тока, мАЗначение напряжение постоянного тока в цепи, ВРезультат косвенного измерения постоянного тока в цепи, мААбсолютная погрешность косвенного измерения, мАI10,59-0,58-0,56I21,931,502,63I37,116,571,89I411,3110,682,62



Данные также заносим в таблицу 3.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ


Изучили различные виды измерений, также в практически освоили прямые и косвенный методы измерение электрических величин (постоянного тока и ноприженя).


Контрольные вопросы


Приведите примеры прямых, косвенных, совокупных, и совместных измерений/

Какие измерения (косвенные/прямые) вы считаете более точными и печами

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

хорошую работу на сайт">

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Омский государственный технический университет»

Кафедра «Информационно-измерительная техника»

Реферат на тему:

«Методы измерения напряжения постоянного тока»

Выполнила:

студентка группы ИЭ-417

Васильева Е.Ю.

Проверил:

преподаватель

Сайфутдинов К.Р.

Измерение напряжения постоянного тока

Приборы непосредственной оценки. При использовании метода непосредственной оценки вольтметр подключается параллельно тому участку цепи, на котором необходимо измерить напряжение. При измерении напряжения на нагрузке R в цепи с источником энергии, ЭДС которого Е и внутреннее сопротивление Rист, вольтметр включают параллельно нагрузке (рис. 1). Если внутреннее сопротивление вольтметра равно Rv, то относительная погрешность измерения напряжения

где и - действительное значение напряжения на нагрузке R до включения вольтметра; ux - измеренное значение напряжения на нагрузке R.

Так как отношение R/Rv обратно пропорционально отношению мощности потребления вольтметра Рv к мощности цепи Р, то

Таким образом, погрешность тем меньше, чем меньше Рv и Rист.

Измерение напряжений в цепях постоянного тока может быть выполнено любыми измерителями напряжений постоянного тока (магнитоэлектрическими, электродинамическими, электромагнитными, электростатическими, аналоговыми и цифровыми вольтметрами). Выбор вольтметра обусловлен мощностью объекта измерения и необходимой точностью. Диапазон измеряемых напряжений лежит в пределах от долей микровольт до десятков киловольт.

Рис 1. Эквивалентная схема вольтметра магнитоэлектрической системы (а) и схема включения его в цепь измерения напряжения (б)

Если необходимая точность измерения, допустимая мощность потребления могут бьггь обеспечены приборами электромеханической группы, то следует предпочесть этот простой метод непосредственного отсчета. При измерении напряжения с более высокой точностью следует использовать приборы, основанные на методах сравнения. При любом методе измерения могут быть использованы аналоговый и цифровой отсчеты.

Измерение напряжения постоянного тока методом сравнения

В приборах для измерения напряжения постоянного тока широкое распространение получили следующие методы сравнения: компенсации и дифференциальный.

Метод компенсации основан на уравновешивании (компенсации) измеряемого напряжения известным падением напряжения на опорном (измерительном) резисторе. Индикаторный прибор регистрирует равенство измеряемой и компенсирующей величин.

Для метода компенсации характерна высокая точность, определяемая точностью меры и чувствительностью индикатора. На этом методе основаны потенциометры, потенциометрические и интегропотенциометрические цифровые вольтметры.

При дифференциальном методе полного уравновешивания не происходит. Прибор измеряет разность между измеряемой величиной и мерой и отградуирован в единицах измеряемой величины. Измеряемая величина определяется по значению меры и показаниям прибора. Этот метод позволяет получить результаты с высокой точностью даже при применении относительно грубых средств измерения разности. Однако осуществление этого метода возможно только при условии воспроизведения с большой точностью меры, значение которой выбирается близким значению измеряемой величины.

Пусть значение измеряемого напряжения ux записывается как

где uобр - значение образцового напряжения (меры); - напряжение некомпенсации, измеряемое измерительным прибором; а - погрешность измерения разности uх - uобр.

Так как uобр значительно больше, то относительная погрешность измерения ux значительно меньше относительной погрешности измерения. Если uобр = 9,9 В, = 0,1 В, то (0,01%). Таким образом, для достижения такой высокой точности можно применять сравнительно грубый прибор. Однако при этом измерении необходимо применять весьма точную меру uобр, значение которой определено еще с меньшей (чем 0,01 %) погрешностью.

Потенциометры постоянного тока

напряжение постоянный ток вольтметр

Измерение тока и напряжения аналоговыми приборами непосредственной оценки производится в лучшем случае с погрешностью 0,1 %. Более точные измерения можно выполнить методом компенсации. Приборы, основанные на компенсационном методе, называют потенциометрами или компенсаторами. В основном применяются схемы компенсации напряжения или ЭДС (рис. 2. а), электрического тока (рис. 2. 6) и уравновешенного моста. При измерении напряжения наибольшее распространение получила схема компенсации напряжений (рис. 2.а).

Рис. 2. Структурные схемы компенсации постоянного напряжения (а) и тока (б)

В этой схеме измеряемое напряжение uх уравновешивается известным напряжением компенсации uk, противоположным ему по знаку. Падение напряжения uk создается током Iр на изменяемом по величине образцовом резисторе Rk. Изменение сопротивления резистора Rk происходит до тех пор, пока uk не будет равно ux. Момент компенсации (уравновешивания) определяется по отсутствию тока в цепи индикатора И. Изменение напряжения компенсации u = IpRk можно осуществлять изменением сопротивления Rk при неизменном значении рабочего тока Iр.

Преимуществом компенсационного метода является отсутствие в момент полной компенсации тока от источника измеряемой ЭДС в цепи компенсации. В этом случае измеряется именно значение ЭДС, а не напряжение на зажимах источника. Кроме того, отсутствие тока в цепи индикатора нуля позволяет исключить влияние сопротивления соединительных проводов на результат измерений. Выходное сопротивление компенсатора при этом равно бесконечности, т. е. при полной компенсации мощность от объекта измерения не потребляется.

Упрощенная принципиальная схема, лежащая в основе почти всех потенциометров постоянного тока, приведена на рис. 3. Она содержит три цепи: цепь образцовой ЭДС, в которую входят источник образцовой ЭДС Еобр. образцовый резистор Rобр и индикатор И; рабочую или вспомогательную цепь, содержащую вспомогательный источник питания Ев, регулировочный резистор Rp, магазин компенсационного сопротивления Rk и образцовый резистор Rобр; измерительную цепь, состоящую из источника измеряемой ЭДС Еx, индикатора И и магазина компенсирующего сопротивления Rk.

Рис. 3. Упрощенная принципиальная схема потенциометра постоянного тока

Работа начинается с установки рабочего тока в рабочей цепи компенсатора с помощью вспомогательного источника. Еобр. Значение рабочего тока Iр контролируется по ЭДС образцового нормального элемента. Для этого при положении 1 переключателя П с помощью реостата Rp устанавливается такое значение Iр, чтобы падение напряжения, создаваемое им на резисторе Rобр, было равно ЭДС нормального элемента Eобр. При компенсации И покажет отсутствие тока в цепи нормального элемента:

где - значение образцового резистора Rобр при компенсации ЭДС Eобр.

Для измерения Eх переключатель П ставят в положение 2 и регулировкой компенсирующего резистора Rk вновь доводят до нуля ток вепи И, при этом

где - значение компенсирующего резистора Rк при компенсации ЭДС Eх.

Так как в момент равновесия ток в цепи индикатора отсутствует, то можно считать, что входное сопротивление Rвх потенциометра (со стороны измеряемой ЭДС) равно бесконечности, т. е. при компенсации напряжения (ЭДС)

Отсюда видно одно из основных достоинств компенсационного метода измерения - отсутствие потребления мощности от объекта измерения. Из уравнения Ex= видно, что неизвестное напряжение сравнивается с образцовой мерой - ЭДС нормального элемента. Среднее значение ЭДС насьпценных нормальных элементов при температуре 20 "С известно с точностью до пятого знака и равно Eобр = = 1,0186 В. Так как неизвестная ЭДС Еx связана с ЭДС нормального элемента Eобр отношением то, следовательно, точность результата измерения определяется точностью изготовления и подгонки образцового Rобр и компенсирующего Rk резисторов.

Точность установления момента уравновешивания определяется чувствительностью нулевого индикатора.

Следовательно, точность компенсационной схемы определяется точностью установки и поддержания рабочего тока Iр, точностью изготовления и подгонки образцового Rо6p и компенсирующего Rk резисторов, чувствительностью индикатора.

Одной из основных характеристик потенциометра является его чувствительность. Под чувствительностью S потенциометра понимают S = SиSk, где Sи - чувствительность индикатора; Sk- чувствительность компенсационной цепи.

Чувствительность индикатора определяется применяемым измерителем, следовательно, для определения S необходимо найти чувствительность компенсационной цепи Sk. Чувствительность компенсационной цепи определяется отношением приращения тока в индикаторе возникающего.при появлении в уравновешенной цепи приращения ЭДС, к этому приращению, т. е. Sк =

Приращение тока

где Rи - сопротивление индикатора; Rх - сопротивление источника измеряемой ЭДС Ех. Следовательно, чувствительность потенциометра

Чувствительность схемы должна выбираться в строгом соответствии с допустимой погрешностью измерения при условии

Это выражение позволяет определить необходимую чувствительность нулевого указателя В качестве нулевых указателей применяются высокочувствительные приборы непосредственной опенки, автокомпенсационные и фотокомпенсационные усилители и др. В качестве компенсирующего резистора Rк применяются образцовые магазины сопротивлений. Образцовый резистор Rобр конструктивно представляет собой магазин сопротивлений, состоящий из двух частей: неизменного сопротивления и так называемой температурной декады. Эта декада позволяет регулировать в соответствии с действительным значением ЭДС Eобр при данной температуре, что обеспечивает точную установку рабочего тока Iобр.

По значению сопротивления измерительной цепи потенциометры делятся на низкоомные и высокоомные. Низкоомные потенциометры (с сопротивлением менее 1000 Ом) применяются для измерения малых напряжений (до 100 мВ), высокоомные

(с сопротивлением более 1000 Ом) - для измерения напряжений до 1 - 2,5 В.

Компенсационный метод измерения принадлежит к числу наиболее точных. Потенциометры постоянного тока выпускаются классов точности 0,0005; 0,001; 0,002; 0,005; 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2.

По способу введения компенсирующей величины потенциометры делятся на неавтоматические, полуавтоматические и автоматические. В неавтоматических компенсаторах большая часть измеряемого напряжения компенсируется вручную, а оставшаяся часть - автоматически.

Дифференциальные вольтметры

Дифференциальный вольтметр - это усовершенствованный потенциометр постоянного тока, сочетающий потенциометр с ручным или автоматическим уравновешиванием и микровольтметр непосредственной оценки для измерения нескомпенсированной части измеряемого напряжения. Он отличается высокой точностью, разрешающей способностью и малым потреблением от исследуемого источника напряжения Функциональная схема дифференциального вольтметра приведена на рис. 4.

Декадный потенциометр, состоящий из образцового источника ЭДС Eобр и многоступенчатого делителя напряжения Rк, представляет собой основу дифференциального вольтметра и служит для уравновешивания входного напряжения. Разность входного и компенсирующего напряжений измеряется микровольтметром непосредственной оценки. Таким образом, дифференциальный вольтметр представляет собой неполностью уравновешенную компенсационную схему, в которой напряжение определяется по отсчету декадного потенциометра и по показанию измерительного прибора. Ток, протекающий в цепь, определяется нескомпенсированной разностью измеряемого и образцового напряжений и полным сопротивлением цепи.

Рис. 4. Упрощенная схема дифференциального вольтметра

Рис.5. Функциональная схема дифференциального цифрового вольтметра с ручным управлением

Дифференциальный метод измерения реализован в ряде цифровых вольтметров, выпускаемых серийно. Функциональная схема одного из таких вольтметров приведена на рис. 5.

В приборе используется комбинация метода поразрядного кодирования на первом этапе и время-импульсного метода на втором этапе преобразования измеряемого напряжения.

Измерительная часть прибора включает в себя входной делитель напряжения Д, масштабный усилитель МУ, источник напряжения компенсации ИКН и преобразователь напряжение-время ПНВ. Преобразователь напряжение-время преобразует входное напряжение усилителя в пропорциональный интервал времени tинф. Информация о начале и конце информационного импульса и полярности преобразуемого напряжения передается в цифровую часть прибора через импульсные трансформаторы Тр1, Тр2, обеспечивающие хорошую развязку аналоговой и цифровой частей прибора по напряжению за счет высокого сопротивления изоляции между обмотками. Цифровая часть прибора преобразует информацию к виду, удобному для индикации и записи самописцем.

Измерение напряжения производится в два этапа. На первом этапе (положение 1 переключателя Кл1) коэффициент передачи масштабного усилителя равен единице, а компенсирующее напряжение равно нулю. Импульсы генератора стабильной частоты ГСЧ fо через управляемый ключ Кл2 и логическую ключевую схему Кл3 в течение времени tинф1, поступают на вход счетчика старших разрядов Сч1 и индицируются соответственно лампами старших разрядов. На втором этапе измерения ключ Кл1 переводится в положение 2. При этом по команде из блока управления и синхронизации увеличивается коэффициент передачи масштабного усилителя, а цифровой код полученного в старших разрядах числа переписывается из Сч1 в схему памяти арифметического устройства АУ1, которая управляет ИКН. В результате на выходе ИКН появляется Компенсирующее напряжение, соответствующее коду числа старших разрядов.

Усиленная усилителем разность напряжений преобразуется в интервал времени tинф2. в течение которого импульсы стабильной частоты f2 поступают на вход счетчика младших разрядов Сч2.

Информация о знаке сигнала некомпенсации из ПНВ поступает в формирователь команд блока управления и синхронизации БУС, который определяет вид операции: сложение или вычитание результатов первого и второго этапов измерения, выполняемых арифметическим устройством АУ1. Численное значение результата алгебраического суммирования кодов чисел счетчиков Сч1 и Сч2 и его знак индицируются цифровым индикатором.

Преобразование напряжения во временной интервал осуществляется методом следящего уравновешивания измеряемого напряжения линейно изменяющимся напряжением компенсации.

Вольтметр обеспечивает измерение постоянного напряжения в диапазоне от 5-10-6 до 1000 В на четырех поддиапазонах: 5-10-6-1; 5-10-5-10; 5-10-4-100; 5-10-3 - 1000 В. Погрешность измерения в зависимости от поддиапазона составляет 0,3-0,05% предела измерения. Входное сопротивление 10 МОм на пределах 1 и 1000 В, 1 МОм на пределе 100 В и 0,1 МОм на пределе 10 В. Вольтметр автоматически выдает информацию о полярности измеряемого напряжения и имеет выход для записи информации на ЦАП в двоичнодесятичном коде.

Более высокую точность обеспечивают дифференциальные вольтметры с ручным уравновешиванием измеряемого напряжения. В приборе используется дифференциальный метод измерения, сочетающий в себе многодекадный источник напряжения компенсапии с ручным уравновешиванием и цифровой микровольтметр, измеряющий нескомпенсиро-ванную часть входного напряжения.

Вольтметр состоит из входного делителя напряжения, шестидекадного ИКН с ручным уравновешиванием и устройства сравнения, представляющего собой автокомпенсационный цифровой микровольтметр, содержащий усилитель постоянного тока, преобразователь напряжения-время и цифровое отсчетное устройство (ЦОУ).

Наиболее важным узлом, определяющим точность дифференциального вольтметра, является ИКН. Самым простым вариантом построения регулируемого ИКН является источник образцового напряжения, нагруженный масштабным преобразователем. При этом масштабное преобразование может осуществляться при помощи резистивных, индуктивных или импульсных делителей напряжения.

В схемах дифференциальных вольтметров предпочтение отдается импульсному делителю. Основными достоинствами импульсных делителей являются:

Рис. 6. Принципиальная электрическая схема импульсного делителя образцового напряжения (а), эпюры напряжений (б) и эквивалентная схема делителя (в)

· отсутствие в их схеме прецизионных резисторов;

· высокая точность и стабильность выходного напряжения;

· незначительное влияние климатических воздействий на точность деления.

В простейшем случае импульсный делитель представляет собой усредняющее устройство, на вход которого периодически подается образцовое напряжение uобр. На рис. 6, а приведена принципиальная электрическая схема импульсного делителя напряжения с КС-фильтром в качестве усредняющего устройства. В течение времени вход КС-фильтра подключается к uобр, а в течение времени t2- к общей шине. Среднее значение выходного напряжения фильтра (uвых на рис. 6,6) является функцией напряжения uобр и скважности импульсов, управляемых состоянием ключа К:

Это выражение эквивалентно равенству, связывающему выходное напряжение обычного резистивного делителя (рис. 6, в) при этом точность коэффициента передачи импульсного делителя зависит от точности отношения и стабильности временных интервалов t1 и t2, что можно обеспечить с высокой точностью за счет формирования временных интервалов путем деления частоты задающего генератора, абсолютная точность и длительная стабильность частоты которого значения не имеют.

Современные дифференциальные вольтметры - это устройства со сложной схемотехнической архитектурой, включающие в свой состав элементы аналоговой и вычислительной техники, решающие специфические задачи автоматического регулирования, преобразования информации, вычислительной техники и т. д. Наибольшую точность и чувствительность дифференциальных вольтметров обеспечивает итерационно-компенсационный метод измерения, при котором измеряемое напряжение компенсируется напряжением встроенного источника (цифро-аналогового преобразователя с широтно-импульсной модуляцией образцового напряжения).

Комбинация этих методов позволяет автоматизировать процессы измерения, реализовать автокалибровку (автоматическую самоповерку) и диагностику.

На основе этого метода выполнен вольтметр нового поколения, существенно отличающийся от традиционных приборов аналогичного назначения.

В основу построения прибора положен принцип функционального и конструктивного разделения прибора на функциональную (аналоговую) и управляющую (цифровую) части (рис. 7).

В цифровую часть вольтметра входят встроенная микро-ЭВМ с жесткой программой, управляющая совместно с органами управления передней панели и интерфейсными устройствами связи работой вольтметра. Микро-ЭВМ обеспечивает управление функциональной (аналоговой) частью БФ, передней панелью и интерфейсом связи с каналом общего пользования КОП, а также математической обработкой измерений и процессом автокалибровки прибора.

Состав и взаимосвязь основных узлов функционального блока показаны на рис. 8. Схема автоматического выбора пределов измерения АВП обеспечивает нормирование входного сигнала, изменяющегося в широком диапазоне напряжений, по уровню и полярности. Калибровка делителя схемы АВП осуществляется автоматически, подключением к ее входу напряжения источника автокалибровки. Цифро-аналоговый преобразователь ЦАП с диапазоном регулирования напряжения от О до 11,999999 В формирует компенсирующее напряжение в режимах измерения напряжения и его приращений. Усилитель постоянного тока УПТ с дифференциальной схемой сравнения работает с двумя коэффициентами передачи, задаваемыми делителем связи kупт = 1 (в режиме измерения напряжения до 10-7 В) и kупт = 100 (при измерении напряжения до 10-7 В). Интегрирующий аналого-цифровой преобразователь АЦП имеет три с половиной разряда и подключается к выходу УПТ в зависимости от установленной чувствительности непосредственно или через делитель kaцп (1:100). Разность между компенсирующим и измеряемым напряжениями подается на вход АЦП с коэффициентами передачи 0,01 (kупт=1. kацп = 0,01); 1 (kупт=l, kaцп=1) и 100 (kупт = 100, kацп=1). Сопряжение управляющей и аналоговой частей прибора, формирование каналов обмена информацией между ними осуществляет блок сопряжения исполнительный БСИ.

Работа функционального блока в режиме измерения напряжений и приращений напряжений проходит по алгоритму на рис. 9.

Измеряемое напряжение Ux поступает на инвертирующий вход УПТ через схему АВП (см. рис. 8) измерения и полярности, обеспечивающую передачу сигнала в строго определенной полярности и при одном из коэффициентов передачи kп = 1:1; 1:10; 1:100.

На этапе 1 после выбора предела измерения, при минимальной чувствительности усилительного тракта, kп = 0,01 и нулевом значении напряжения на выходе ЦАП производится преобразование измеряемого напряжения в код. Полученный код заносится в три старших разряда (1 -3) цифро-аналогового преобразователя, которым создается компенсирующее напряжение на неинвертирующем входе УПТ.

На этапе 2 осуществляется измерение полученной разности с целью определения последующих разрядов (3-5) численного выражения входного сигнала.

На этапе 3 результат первых двух измерений переписывается в ЦАП и осуществляется измерение разрядов 5-7 входного сигнала при максимальной чувствительности усилительного тракта. В установившемся режиме АЦП измеряется текущее значение напряжения, которое суммируется с напряжением цифро-аналогового преобразователя и в едином отсчете индицируется на цифровом табло прибора. Формирование единого отсчета по результатам измерений трех описанных этапов условно показано на мнемосхеме в правом верхнем углу на рис. 9. При переполнении счетчика АЦП (емкость 2000 знаков) осуществляется переход на предыдущий этап работы вольтметра, что видно из схемы алгоритма работы.

В зависимости от требуемой разрешающей способности работа прибора может быть ограничена двумя этапами измерения (с возможностью индикации четырех или пяти старших разрядов) или тремя (с возможностью индикации шести или семи разрядов измеряемого напряжения).

Рис. 7. Функциональная схема вольтметра-калибратора на основе микропроцессора: БСИ - блок сопряжения исполнительный; АВП - автоматический выбор пределов измерений; БПЦ- блок питания цифровой части; Э -экран; АК - автоматическая калибровка

Одним из основных узлов, обеспечивающих точность прибора, является ЦАП, который реализует преобразование управляющего кода в постоянное напряжение путем непрерывной последовательности широтно-модулированных импульсов фиксированной амплитуды и частоты повторения с последующим выделением среднего значения напряжения указанной последовательности импульсов усредняющим фильтре»!.

Анализ работы ЦАП с широтно-импульсной модуляцией позволяет выделить в его структуре следующие составные части (рис. 10) источник опорного напряжения ИОН; преобразователь код-время ПКВ, обеспечивающий высокоточное преобразование кода в длительность широтно-модулированных импульсов фиксированной частоты; импульсный делитель напряжения ИДН, обеспечивающий с помощью ключа (ключей) формирование импульсов с амплитудой, определяемой и и скважностью, устанавливаемой ПКВ; фильтр.

Рис. 8. Функциональная схема аналогового блока прибора: ИКН- источник калиброванного напряжения; ИДН- импульсный делитель напряжения; ПКВ - преобразователь код-время; ПНК - преобразователь напряжение-код

Импульсный делитель напряжения регулирует напряжение отдельно в пределах трех старших декад {1-3), обеспечивая основные метрологические характеристики прибора, и в пределах младших декад (4 - 6). Суммирование напряжений старших и младших декад производится с помощью делителя, образованного сопротивлениями резисторов R суммирующей сетки (12 резисторов по 2,21 МОм), и резистором R1 =90,9 МОм, на которое подается поделенное вдвое импульсное напряжение ИДН младших декад. В суммирующую точку подается также напряжение с ЦАП коррекции нуля и напряжение поправки. ЦАП коррекции нуля предназначен также для компенсации смещения нуля УПТ в процессе автокалибровки. Поправка необходима для компенсации динамической погрешности ключей. Ключи Кл, переключающие опорное напряжение, выполнены на комплементарных МОП-транзисторах и управляются от цифровой схемы (на рис. 10) не показаны). Формирование управляющих широтно-модулированных сигналов производится ПКВ.

Преобразователь код-время ПКВ построен по схеме с трехдекадным тактирующим счетчиком и компараторами кода. Тактирующий счетчик имеет коэффициент деления N = 1200. В состоянии счетчика 000 формируется импульс начальной установки RS-триггеров (Тг1, Тг2 в состояние 1. Импульсы, формируемые компараторами и возвращающие RS-триггеры старших и младших декад в состояние 0 (исходное), вырабатываются в момент совпадения кода счетчика и кодов управления старших и младших разрядов соответственно. Для формирования двенадцатифазного сигнала из однофазного применен 24-разрядный сдвигающий регистр, который тактируется последовательностью импульсов, представляющих собой сумму сигнала обнуления счетчика младших разрядов (второй и третьей декад) и сигнала совпадения этих декад.

Значительный объем потоков измерительной и управляющей информации между двумя частями прибора потребовал организации специальных каналов связи и создания соответствующих интерфейсных устройств обслуживания этих каналов и блока сопряжения исполнительного (см. рис. 8).

Основными задачами блока сопряжения исполнительного являются прием управляющей информации блока управления, передача в блок управления информации АЦП и формирование сигналов магистральной связи внутри аналоговой части (БФ). Связь БФ с цифровой частью реализуется по трем каналам связи: по одному каналу производится передача управляющей информации в функциональный блок (канал ввода информации), по другому каналу осуществляется передача информации АЦП в блок управления (канал вывода информации); синхронизация ввода-вывода осуществляется по третьему каналу - каналу синхронизации - сигналами, передаваемыми из блока управления.

Рис. 9, Алгоритм работы прибора в режиме измерения напряжения и приращения напряжения

Рис. 10. Функциональная схема ЦАП

Рис 11 Распределитель команд управления функциональным блоком

Рис. 12. Структурная схема блока управления

Передача информации в каналах осуществляется через импульсные трансформаторы для обеспечения гальванической развязки.

На рис. 11 показана упрошенная схема распределения команд управления функциональным блоком. Все приемные регистры, осуществляющие непосредственное управление, подключены информационными входами параллельно к шине данных. Информация записывается в тот регистр, адрес которого устанавливается на адресной шине (в двоичном коде) в момент появления разрешающего импульса на шине (разрешения записи).

Аналого-цифровой преобразователь, примененный в приборе, реализует принцип двойного интегрирования. Запуск АЦП осуществляется по внешней команде, вырабатываемой в блоке управления.

Блок управления БУ (рис. 12) предназначен для осуществления взаимосвязи между функциональным блоком и оператором (непосредственно или через КОП). Структура и принцип работы БУ определяются задачами реализации рассмотренных выше алгоритмов работы прибора, задачами автоматической калибровки, обработки информации и интерфейса. Функции, выполняемые БУ, можно разделить на два вида: функции обмена информацией с внешней средой (оператором или КОП) и функции управления аналоговым блоком в процессе выполнения измерений. Основу работы БУ составляет встроенная микро-ЭВМ на базе микропроцессора. В целом БУ состоит из микро-ЭВМ, содержащей платы центрального процессора ЦП, постоянного запоминающего устройства ПЗУ и оперативного запоминающего устройства ОЗУ. В ПЗУ хранится полная рабочая программа, запрограммированная при выпуске прибора и неизменная в течение всего срока службы, ОЗУ служит для хранения индицируемых данных, результатов промежуточных вычислений и других переменных величин, сохраняемых только в процессе работы прибора. Вторая часть БУ - устройства связи или интерфейсы, соединяющие микро-ЭВМ с различными блоками прибора. Информация о временных интервалах, необходимых для автокалибровки прибора, о температуре внутри аналогового блока прибора представляется узлом синхронизации БУ.

Интерфейсы КОП выполняют функцию связи прибора с КОП. С одной стороны он подключен к системной шине БУ, с другой - к коммутатору, устанавливающему режим работы прибора при дистанционном управлении. Интерфейс КОП реализует механическую, электрическую и частично логическую совместимость с каналом общего пользования. Блок интерфейса индикатора осуществляет управление передней панелью прибора: платой индикатора и платой кнопок. Здесь применены прогрессивные методы взаимодействия микро-ЭВМ с передней панелью - мультиплексная индикация и сканирование кнопочной матрицы с целью обнаружения нажатой кнопки.

Блок сопряжения управляющий БСУ осуществляет специальную (последовательную) связь между микро-ЭВМ и функциональным блоком.

Все платы БУ связаны единой системой шины. Всякий обмен информацией внутри блока управления и с функциональной секцией осуществляется по системной шине блока управления ведущим модулем - центральным процессором ЦП, т. е. одно из устройств, участвующих в обмене, всегда ЦП, а другое определяется рабочей программой. Так, например, если информацию из аналогового блока необходимо записать в ОЗУ, то она будет принята ЦП, а затем передана из ЦП в ОЗУ. Схема программного обеспечения работы прибора (рис. 13) совместно со структурной схемой БУ (рис.12) позволяют проследить работу прибора в целом.

Рис. 13. Алгоритм работы блока управления

При включении прибора в сеть производится «очистка по питанию»: удержание ЦП в исходном состоянии до тех пор, пока напряжения источников питания не достигнут номинальных значений, после чего начинается выполнение программы автотестирования - самоповерки и подпрограммы, выполняющей начальные установки. Программа автотестирования проверяет все узлы БУ и работоспособность канала связи с аналоговым блоком. В случае отказа какого-либо узла на индикаторном табло высвечивается мнемоническое обозначение «НЕ РАБ - XX», где XX - десятичное число от 00 до 99, соответствующее виду неисправности. В случае неисправности табло загорается светодиодный индикатор «Отказ».

Предусмотрены два способа обмена информацией ЦП с внешними устройствами: программируемый и по прерыванию.

В первом случае обмен информацией с внешним устройством производится по текущей программе, причем ЦП должен периодически обращаться к внешнему устройству, определяя, не появилась ли у него новая информация. При втором способе обмена работа процессора по текущей программе прерывается, если от внешнего устройства поступил сигнал о его готовности обменяться информацией, и он переходит на подпрограмму обслуживания данного устройства. Завершив обслуживание, процессор продолжает выполнение прерванной программы.

В микро-ЭВМ реализована восьмиуровневая приоритетная система прерывания, позволяющая обслуживать восемь внешних устройств, причем запросы с более высоким уровнем приоритета могут прерывать подпрограммы, обслуживающие запросы более низкого уровня приоритета, но не наоборот.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

    Прямые и косвенные измерения напряжения и силы тока. Применение закона Ома. Зависимость результатов прямого и косвенного измерений от значения угла поворота регулятора. Определение абсолютной погрешности косвенного измерения величины постоянного тока.

    лабораторная работа , добавлен 25.01.2015

    История высоковольтных линий электропередач. Принцип работы трансформатора - устройства для изменения величины напряжения. Основные методы преобразования больших мощностей из постоянного тока в переменный. Объединения элетрической сети переменного тока.

    отчет по практике , добавлен 19.11.2015

    Питание двигателя при регулировании скорости изменением величины напряжения от отдельного регулируемого источника постоянного тока. Применение тиристорных преобразователей в электроприводах постоянного тока. Структурная схема тиристорного преобразователя.

    курсовая работа , добавлен 01.02.2015

    Определение абсолютной, относительной и приведенной погрешностей. Компенсаторы постоянного тока, их назначение и принцип работы. Измерение мощности ваттметрами с применением измерительных трансформаторов тока и напряжения в однофазных и трехфазных цепях.

    контрольная работа , добавлен 08.01.2011

    Разработка схемы усилителя постоянного тока и расчет источников питания: стабилизатора напряжения и выпрямителя. Определение фильтра низких частот. Вычисление температурной погрешности и неточностей измерения от нестабильности питающего напряжения.

    курсовая работа , добавлен 28.03.2012

    Расчет сопротивления внешнего шунта для измерения магнитоэлектрическим амперметром силового тока. Определение тока в антенне передатчика при помощи трансформатора тока высокой частоты. Вольтметры для измерения напряжения с относительной погрешностью.

    контрольная работа , добавлен 12.05.2013

    Принцип работы и устройство генераторов постоянного тока. Электродвижущая сила и электромагнитный момент генератора постоянного тока. Способы возбуждения генераторов постоянного тока. Особенности и характеристика двигателей различных видов возбуждения.

    реферат , добавлен 12.11.2009

    Принцип работы и устройство генератора постоянного тока. Типы обмоток якоря. Способы возбуждения генераторов постоянного тока. Обратимость машин постоянного тока. Двигатель параллельного, независимого, последовательного и смешанного возбуждения.

    реферат , добавлен 17.12.2009

    Исследование неразветвленной и разветвленной электрических цепей постоянного тока. Расчет нелинейных цепей постоянного тока. Исследование работы линии электропередачи постоянного тока. Цепь переменного тока с последовательным соединением сопротивлений.

    методичка , добавлен 22.12.2009

    Применение метода междуузлового напряжения при анализе многоконтурной электрической схемы, имеющей два потенциальных узла. Нелинейные электрические цепи постоянного тока. Цепи с параллельным, последовательно-параллельным соединением резистивных элементов.

Общие сведения.

Токи и напряжения являются наиболее распространенными электрическими величинами, которые приходится измерять. Этим объясняется широкая номенклатура выпускаемых промышленностью средств измерений токов и напряжений. Выбор средства измерений может определяться совокупностью факторов: предполагаемым размером измеряемой величины, родом тока (постоянного или переменного), частотой, требуемой точностью измерения, условиями проведения эксперимента (лабораторные, цеховые, полевые и т. п.),

Рис. 15-1. Схема измерения тока амперметром

Рис. 15-2. Схема измерения напряжения вольтметром

влиянием внешних условий (температуры, магнитного поля, вибраций и т. д.) и др.

Определение значений напряжений осуществляют, как правило, прямыми измерениями; токов - кроме прямых измерений, широко используют косвенные измерения, при которых измеряется падение напряжения на резисторе с известным сопротивлением включенном в цепь измеряемого тока Значение тока находят по закону Ома: . В этом случае погрешность результата измерения определяется погрешностью измерения напряжения и погрешностью обусловленной отличием номинального значения сопротивления от истинного значения сопротивления Погрешность может быть найдена по правилам обработки результатов наблюдения при косвенных измерениях (см. § 14-2).

Измерения токов и напряжений всегда сопровождаются погрешностью, обусловленной сопротивлением используемого средства измерений. Включение в исследуемую цепь средства измерений искажает режим этой цепи. Так, например, включение амперметра, имеющего сопротивление в цепь, изображенную на рис. 15-1, приведет к тому, что вместо тока который протекал в этой цепи до включения амперметра, после включения амперметра пойдет ток Погрешность тем больше, чем больше сопротивление амперметра. Аналогичная погрешность возникает при измерении напряжений. Например, в цепи, представленной на рис. 15-2, при включении вольтметра, имеющего сопротивление для измерения напряжения между точками режим цепи тоже нарушается, так как вместо напряжения которое было в схеме до включения вольтметра, после его включения напряжение

Погрешность тем больше, чем меньше сопротивление вольтметра.

Косвенным показателем сопротивления средств измерений является мощность, потребляемая средством из цепи, в которой

производится измерение. При протекании тока через амперметр с сопротивлением мощность, потребляемая амперметром, Мощность, потребляемая вольтметром, определяется выражением где - напряжение, измеряемое вольтметром; -внутреннее сопротивление вольтметра. Следовательно, погрешность от искажения режима цепи при измерении токов и напряжений тем меньше, чем меньше мощность, потребляемая средством измерений из цепи, где производится измерение. Из средств измерений, используемых для измерений токов и напряжений, наименьшим потреблением мощности из цепи измерений обладают компенсаторы (потенциометры), электронные и цифровые приборы. Среди электромеханических приборов наименьшую мощность потребляют магнитоэлектрические и электростатические приборы. Весьма малая мощность, потребляемая из цепи измерений компенсаторами, позволяет измерять ими не только напряжения, но и ЭДС.

Диапазон измеряемых токов и напряжений весьма широк. Например, при биологических исследованиях, космических исследованиях, измерениях в вакууме необходимо измерять постоянные токи, составляющие доли фемтоампер , а в мощных энергетических установках, на предприятиях цветной металлургии, химической промышленности - токи, достигающие сотен килоампер. Для измерений токов и напряжений в таком широком диапазоне значений отечественной промышленностью выпускаются различные средства измерений, обеспечивающие возможность измерений в определенных поддиапазонах. Средства измерений токов и напряжений делают, как правило, многопредельными. Для расширения пределов измерений тока применяют шунты и измерительные трансформаторы постоянного тока - в цепях постоянного тока и измерительные трансформаторы переменного тока - в цепях переменного тока. Для расширения пределов измерений напряжения используют делители напряжения, добавочные резисторы и измерительные трансформаторы напряжения.

Весь диапазон измеряемых токов и напряжений можно условно разбить на три поддиапазона: малых, средних и больших значений. Наиболее обеспеченным средствами измерений является поддиапазон средних значений (ориентировочно: для токов - от единиц миллиампер до десятков ампер; для напряжений - от единиц милливольт до сотен вольт). Именно для этого поддиапазона созданы средства измерений с наименьшей погрешностью измерения токов и напряжений. Это не случайно, так как при измерении малых и больших токов и напряжений возникают дополнительные трудности.

Рис. 15-3. Схема влияния собственных резистивных и емкостных связей

Рис. 15-4. Схема влияния сопротивления изоляции на коэффициент деления делителя напряжения

Внешнее переменное магнитное поле тоже может внести существенные искажения за счет ЭДС, наводимых в проводах и других элементах цепи, соединяющей источник малой измеряемой величины со средством измерений.

Полностью устранить влияние отмеченных факторов не удается. Поэтому измерения малых токов и напряжений осуществляются с большей погрешностью.

Измерения больших токов и напряжений имеют свои особенности и трудности. Например, при измерении больших постоянных токов с использованием шунтов на шунтах рассеивается большая мощность, приводящая к значительному нагреву шунтов и появлению дополнительных погрешностей. Для уменьшения рассеиваемой мощности и устранения перегрева необходимо увеличивать габариты шунтов или применять специальные дополнительные меры по искусственному охлаждению. В результате шунты получаются громоздкими и дорогими. При измерении больших токов очень важно следить за качеством контактных соединений по которым протекает ток. Плохое качество контактного соединения может не только исказить режим цепи и, следовательно, результат измерения, но и привести к обгоранию контакта за счет большой мощности, рассеиваемой на контактном сопротивлении. При измерении больших токов могут возникнуть дополнительные погрешности от влияния на средства измерений сильного магнитного поля, создаваемого вокруг шин протекающим током.

При измерении больших напряжений возрастают требования к качеству изоляционных материалов, применяемых в средствах измерений, как для уменьшения погрешностей, возникающих от токов утечки через изоляцию, так и для обеспечения безопасности обслуживающего персонала. Например, если для расширения пределов измерений используется делитель напряжения, то с увеличением измеряемого напряжения сопротивление делителя нужно увеличивать. При измерении больших напряжений сопротивление делителя может оказаться сравнимым с сопротивлением изоляции, что приведет к погрешности деления напряжения и, следовательно, к погрешности измерений. Из рис. 15-4, иллюстрирующего влияние изоляции на коэффициент деления, следует, что вместо номинального коэффициента деления реальный коэффициент деления будет определяться выражением где знак означает параллельное соединение. Трудность учета реального коэффициента деления заключается в том, что сопротивление изоляции может изменяться в зависимости от состояния окружающей среды (запыленности, влажности и т. п.).

Отсюда следует, что при измерении больших токов и напряжений, кроме обычных погрешностей, возникают погрешности, обусловленные спецификой этих измерений.

Характерное изменение погрешности измерений в зависимости от размера измеряемой величины иллюстрируется (рис. 15-5) качественно (для наглядности используется переменный

Рис. 15-5. Изменение погрешности измерений постоянного тока в зависимости от размера измеряемой величины

Рис. 15-6. Изменение погрешности измерений переменного тока (десятки миллиампер) в зависимости от частоты

масштаб по осям) на примере рабочих средств измерений постоянных токов, выпускаемых промышленностью.

При измерении переменных токов и напряжений большое значение имеет частота измеряемой величины. Частотный диапазон измеряемых токов и напряжений весьма широк: от долей герца (инфранизкие частоты) до сотен мегагерц и более.

токов и напряжений, что объясняется указанными выше причинами. При измерениях на частотах ниже 20 Гц появляются свои трудности, обусловленные недостаточной инерционностью подвижной части электромеханических приборов. При измерении переменных во времени величин вращающий момент, действующий на подвижную часть прибора, гоже меняется во времени. С уменьшением частоты вращающего момента инерция подвижной части недостаточна для получения установившегося отклонения указателя. Эта особенность сильно проявляется на инфранизких частотах. Преодоление этой трудности путем увеличения инерции подвижной части измерительного механизма нецелесообразно, так как при этом будет уменьшаться чувствительность средства измерений. Поэтому для измерений токов и напряжений инфранизких частот требуются специальные устройства усреднения (интегрирования) измеряемых величин. Из серийно выпускаемых средств измерений следует отметить термоэлектрические приборы, например амперметр типа измеряющий переменные токи с частотой от 1 Гц. У этих приборов функцию интегрирования выполняет термоэлектрический преобразователь.

На рис. 15-6 качественно (для наглядности используется переменный масштаб по осям) иллюстрируется характерное изменение погрешности измерений в зависимости от частоты на примере рабочих средств измерений переменных токов (десятки миллиампер), выпускаемых промышленностью.

Измерения постоянных токов и напряжений.

Наивысшая точность измерений постоянных токов и напряжений определяется точностью государственных первичных эталонов единицы силы постоянного электрического тока (ГОСТ 8.022-75) и единицы электродвижущей силы (ГОСТ 8.027-81). Государственные первичные эталоны обеспечивают воспроизведение соответствующей единицы со средним квадратическим отклонением результата измерений не превышающим 4-10-6 для силы постоянного тока и для ЭДС, при неисключенной систематической погрешности не превышающей, соответственно, Из рабочих средств измерений постоянных токов и напряжений наименьшую погрешность измерений дают компенсаторы постоянного тока. Например, компенсатор (потенциометр) типа имеет класс точности 0,0005 и позволяет измерять постоянные ЭДС и напряжения в диапазоне от до 2,1211111 В. Постоянные токи измеряют с помощью компенсаторов косвенно с использованием катушек электрического сопротивления. При использовании катушек электрического сопротивления типа класса точности 0,002 и компенсатора типа можно измерять токи с погрешностью не более Компенсаторы используют при точных измерениях постоянных

Таблица 15-1 (см. скан)

токов, ЭДС и напряжений и для поверки менее точных средств измерений.

Наиболее распространенными средствами измерений постоянных токов и напряжений являются амперметры (микро-, милли-, килоамперметры) и вольтметры (микро-, милли-, киловольтметры), а также универсальные и комбинированные приборы (например, микровольтнаноамперметры, нановольтамперметры и т. п.). Широко используемые средства измерений постоянных токов и напряжений представлены в табл. 15-1 и 15-2.

Для измерений весьма малых постоянных токов и напряжений применяют электрометры и фотогальванометрические приборы. В качестве примера можно указать цифровые универсальные микровольтметры-электрометры типа с диапазоном измерений постоянного тока от до и типа с диапазоном измерений тока от и до . Примером

Таблица 15-2 (см. скан)

фотогальванометрических приборов является нановольтамперметр типа имеющий наименьший диапазон измерений постоянных токов нА и постоянных напряжений При измерении малых и средних значений постоянных токов и напряжений наибольшее распространение получили цифровые и магнитоэлектрические приборы. Измерения больших постоянных токов осуществляют, как правило, магнитоэлектрическими килоамперметрами с использованием наружных шунтов, а весьма больших токов - с использованием трансформаторов постоянного тока. Для измерений больших постоянных напряжений используют магнитоэлектрические и электростатические киловольтметры. Измерения постоянных токов и напряжений можно

выполнять и другими приборами (см. табл. 15-1 и 15-2). Следует иметь в виду, что электродинамические амперметры и вольтметры редко используют для технических измерений токов и напряжений в цепях постоянного тока. Их чаще применяют (наряду с цифровыми и магнитоэлектрическими приборами высоких классов точности) в качестве образцовых приборов при поверке средств измерений более низкого класса точности. В табл. 15-1 и 15-2 не указаны термоэлектрические приборы, так как применять их в цепях постоянного тока нецелесообразно из-за относительно большой мощности, потребляемой ими из цепи измерения.

Измерения переменных токов и напряжений.

В основу измерений переменных токов и напряжений положены государственный специальный эталон, воспроизводящий силу тока в диапазоне частот Гц (ГОСТ 8.183-76), и государственный специальный эталон, воспроизводящий напряжение 0,1 -10 В в диапазоне частот Гц (ГОСТ 8.184-76). Точность этих эталонов зависит от размера и частоты вопроизводимых величин. Среднее квадратическое отклонение результата измерений для эталона переменного тока при неисключенной систематической погрешности Для эталона переменного напряжения эти погрешности равны, соответственно,

Рабочими средствами измерений переменных токов и напряжений являются амперметры (микро-, милли-, килоамперметры), вольтметры (микро-, милли-, киловольтметры), компенсаторы переменного тока, универсальные и комбинированные приборы, а также регистрирующие приборы и электронные осциллографы.

Особенностью измерений переменных токов и напряжений является то, что они изменяются во времени. В общем случае изменяющаяся во времени величина может быть полностью представлена мгновенными значениями в любой момент времени. Переменные во времени величины могут быть также охарактеризованы своими отдельными параметрами (например, амплитудой) или интегральными параметрами, в качестве которых используют действующее значение

средневыпрямленное значение

Таблица 15-3 (см. скан)

и среднее значение

где - изменяющаяся во времени величина. Таким образом при измерении переменных токов и напряжений могут измеряться их действующие, амплитудные, средневыпрямленные, средние и мгновенные значения. В практике электрических измерений чаще всего приходится измерять синусоидальные переменные токи и напряжения, которые обычно характеризуются действующим значением. Поэтому подавляющее большинство средств измерений переменных токов и напряжений градуируются в действующих значениях для синусоидальной формы кривой тока или напряжения.

Измерения действующих значений переменных токов и напряжений осуществляют различными средствами измерений,

Таблица 15-4 (см. скан)

средств измерений обеспечивают выпрямительные приборы. Они имеют относительно широкий диапазон и при измерении переменных напряжений. Эти приборы делают, как правило, многопре дельными. Следует также учесть, что эти приборы при отключении выпрямителя используются как магнитоэлектрические приборы для измерений постоянных токов и напряжений. Благодаря такой универсальности и небольшим габаритам выпрямительный приборы широко применяются в лабораторной и производствен ной практике.

Переменные токи свыше килоампера и переменные напряжения свыше киловольта измеряют с помощью наружных измерительных трансформаторов тока или напряжения электромагнит ными, выпрямительными и электродинамическими приборами. Измерения высоких переменных напряжений (до при прямом включении средств измерений позволяют осуществлять электростатические киловольтметры, например киловольтметр типа

В наиболее широком частотном диапазоне при измерении переменных токов работают термоэлектрические и электронные приборы, а при измерении переменных напряжений - электронные и электростатические приборы. Термоэлектрические вольтаметры имеют ограниченное применение из-за большой мощности, потребляемой ими из цепи измерения, поэтому в табл. 15-4 они не приведены. В наиболее узком частотном диапазону работают электродинамические и электромагнитные приборы. Верхняя граница их частотного диапазона обычно не превышает 4 единиц килогерц. Следует иметь в виду, что цифры, приведенные в табл. 15-3 и 15-4, характеризуют предельные возможности различных приборов. При этом нельзя однозначно связывать цифры, характеризующие верхние пределы диапазона измерений с цифрами, характеризующими частотный диапазон. Связь между диапазоном измеряемых величин и частотным диапазоном для разных средств измерений разная. Однако можно указать общую закономерность: с увеличением значения измеряемой величины верхняя граница частотного диапазона, как правило, уменьшается. При этом наблюдается и другая закономерность, отмеченная ранее: с увеличением частоты погрешность измерений увеличивается. Например, термоэлектрический миллиамперметр класса точности 1,0 на пределе измерений 100 мА имеет верхнюю граничную частоту 50 МГц, а на пределе 300 мА - 25 МГц. Этот же прибор допускает возможность измерений тока до 100 мА при частоте до 100 МГц и тока до 300 мА при частоте до 50 МГц с погрешностью не более

При измерениях действующих значений переменных токов и напряжений, форма кривой которых отличается от

синусоидальной, возникает дополнительная погрешность. Эта погрешность минимальна у средств измерений, работающих в широкой полосе частот, при условии, что выходной сигнал этих средств определяется действующим значением входной величины. Наименее чувствительны к изменению формы кривой переменных токов и напряжений термоэлектрические, электростатические и электронные приборы.

Наиболее точные измерения действующих значений синусоидальных токов и напряжений можно осуществить электродинамическими приборами, цифровыми приборами и компенсаторами переменного тока. Однако погрешность измерений переменных токов и напряжений больше, чем постоянных. Например, компенсатор переменного тока типа в области частот от 40 до 60 Гц измеряет ЭДС и напряжения с минимальной допускаемой основной погрешностью Такую же точность в более широкой области частот обеспечивают электродинамические амперметры и миллиамперметры типа и вольтметры типа

Отметим некоторые особенности измерений токов и напряжений в трехфазных цепях. В общем случае в несимметричных трехфазных цепях число необходимых средств измерений токов и напряжений соответствует числу измеряемых величин, если каждая измеряемая величина измеряется своим прибором. При измерениях в симметричных трехфазных цепях достаточно произвести измерение тока или напряжения только в одной линии (фазе), так как в этом случае все линейные (фазные) токи и напряжения равны между собой. Связь между линейными и фазными токами и напряжениями зависит от схемы включения нагрузки. Известно, что для симметричных трехфазных цепей эта связь определяется соотношениями: при соединении нагрузки звездой и при соединении нагрузки треугольником. В несимметричных трехфазных цепях при измерениях токов и напряжений с помощью измерительных трансформаторов можно сэкономить на количестве используемых измерительных трансформаторов. Для примера на рис. 15-7, а приведена схема измерений трех линейных токов с использованием двух измерительных трансформаторов тока, а на рис. - аналогичная схема измерений линейных напряжений. Эти схемы основаны на известных соотношениях для трехфазных цепей: предназначен для измерений действующих значений тока в фазах Для измерений средневыпрямленных токов и напряжений, форма кривой которых отличается от синусоидальной, нужно использовать средства измерений с выходным сигналом, определяющимся средневыпрямленным значением входной величины. К таким средствам относятся выпрямительные приборы и некоторые электронные и цифровые приборы. При градуировке этих средств в действующих значениях синусоиды измеряемое средневыпрямленное значение находят, деля показания приборов на коэффициент 1,11 Погрешность от изменения формы кривой токов и напряжений у этих приборов тем меньше, чем шире их частотный диапазон. Для изхмерений амплитудных значений токов и напряжений, форма кривой которых отличается от синусоидальной, нужно исполь зовать средства измерений, выходной сигнал которых определяется амплитудным значением входной величины. К таким средствам относятся некоторые электронные приборы. При градуировке этих приборов в действующих значениях синусоиды измеряемое амплитудное значение находят, умножая показания приборов на коэффициент 2. Для измерений амплитуд импульсных токов и напряжений применяют импульсные электронные приборы.

Среднее значение переменного тока или напряжения характеризует постоянную составляющую, содержащуюся в измеряемом токе или напряжении. Для измерений средних значений переменных токов и напряжений обычно применяют магнитоэлектрические приборы.

Мгновенные значения переменных токов и напряжений измеряют регистрирующими приборами и электронными осциллогра фами, основные характеристики которых приведены в § 6-6 и 9-1. Следует иметь в виду, что по мгновенным значениям можно определить и другие значения токов и напряжений (средние, средневыпрямленные, действующие, амплитудные).