для чего нужны электроизмерительные приборы

Электроизмерительные приборы

Урок 33. Технология 8 класс ФГОС

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока «Электроизмерительные приборы»

В настоящее время существуют специальные приборы, с помощью которых можно произвести измерения более 50 электрических величин. Напомним, что перечень электрических величин включает в себя силу тока, напряжение, мощность, сопротивление, частоту, ёмкость, индуктивность, отношение токов и напряжений и так далее. Такие приборы называют электроизмерительными.

Итак, электроизмерительные приборы – это класс устройств, применяемых для измерения различных электрических величин.

Такие приборы служат для контроля режима работы электрических установок, их испытания и учёта расходуемой электрической энергии.

Электроизмерительные приборы получили широкое распространение. Их используют в энергетике, связи, промышленности, на транспорте, в научных исследованиях, медицине, а также в быту ­­– для учёта потребляемой электроэнергии.

В зависимости от назначения электроизмерительные приборы делят на амперметры (с помощью их измеряют силу тока), вольтметры (для измерения напряжения), ваттметры (измерители мощности), омметры (помогают измерить сопротивление), частотомеры (измерители частоты переменного тока), счётчики электрической энергии и другие.

Электроизмерительные приборы бывают двух типов: стрелочные и цифровые.

Выполнить измерение с помощью цифрового прибора достаточно просто. Для этого всего лишь нужно включить прибор в электрическую цепь и на его экране отобразится значение измеряемой величины.

Совсем несложно пользоваться и стрелочными приборами с одним пределом шкалы. Предел измерения прибора – это наибольшее значение измеряемой величины. При воздействии измеряемой электрической величины на измерительный механизм прибора установленная на его оси стрелка поворачивается на некоторый угол, по которому на шкале прибора определяют значение измеряемой величины.

На экране вы видите примеры шкал амперметра и вольтметра.

Так, например, таким амперметром можно измерить силу тока до 2 ампер, а вольтметром – напряжение до 4 вольт. Обратите внимание, на картинке стрелка амперметра показывает силу тока 1,5 ампер, а стрелка вольтметра – напряжение 3 вольта.

Если же электроизмерительный прибор имеет несколько пределов измерений, то тут уже работа с ним немного осложнится. Для изменения предела приборы имеют либо дополнительные клеммы, либо переключатель пределов измерения.

Давайте вернёмся к нашим амперметру и вольтметру, и представим, что амперметр помимо предела 2 ампер имеет второй предел измерения – 8 ампер, а вольтметр, например, 20 вольт. Здесь имеет смысл вспомнить о цене деления шкалы. Её можно определить, разделив значение верхнего предела измеряемой величины по данной шкале, на число делений. Тогда в нашем случае, при новых пределах измерения и тех же отклонениях стрелок амперметра и вольтметра силу тока и напряжение уже нужно будет определять по количеству делений, на которое указывает стрелка прибора, умноженному на цену деления.

Давайте определим цену деления наших амперметра и вольтметра. Итак, разделим новый предел измерения 8 ампер на количество делений шкалы, а их у нас 40. Тогда видим, что цена деления амперметра равна:

.

Точно также поступим и с вольтметром. Новый предел измерения вольтметра 20 вольт разделим на число делений шкалы – 40. Получим, что цена деления вольтметра:

.

Теперь давайте определим, чему же равны значения амперметра и вольтметра. Тогда амперметр показывает:

,

.

В цепях постоянного тока при включении измерительных приборов важно разбираться в полярности источника тока и приборов. А для облегчения подключения измерительных приборов в электрическую цепь постоянного тока около их клемм всегда указывают полярность.

Запомните, положительный полюс источника тока всегда подключают к клемме со знаком плюс измерительного прибора и, соответственно, отрицательный полюс источника тока к клемме со знаком минус измерительного прибора.

На экране вы видите схему подключения измерительных приборов в электрическую цепь постоянного тока.

Обратите внимание, амперметр включается в разрыв электрической цепи последовательно с нагрузкой, вольтметр – параллельно нагрузке.

Сведения о типе электроизмерительного механизма прибора, о возможности его работы в цепях постоянного или переменного тока и некоторые другие характеристики можно узнать по условным знакам, которые наносят на шкалу прибора.

Например, вот такой знак «» говорит о том, что прибор предназначен только для работы в электрических цепях постоянного тока.

А вот этот знак «» показывает, что прибор предназначен для работы в электрических цепях переменного тока.

Тогда вот такой знак «» указывает, что прибор предназначен для работы в электрических цепях постоянного и переменного тока.

С амперметрами, вольтметрами и другими электроизмерительными приборами вы уже успели познакомиться на уроках физики. А вы когда-нибудь задумывались о том, что в каждом доме также есть свой электроизмерительный прибор? Таким прибором является электросчётчик.

С его помощью мы узнаём, сколько потребляется энергии в нашем доме. А измеряется эта энергия в киловатт-час (кВт · ч). Энергия, которая потребляется из сети, регистрируется счётным механизмом счётчика.

Расход электроэнергии определяется за некоторый промежуток времени, как правило, за месяц. Для того чтобы его узнать, нужно знать начальное и конечное показания счётчика. Разность этих показаний и есть количество израсходованной электроэнергии. А стоимость её можно вычислить, как произведение расхода электроэнергии на определённый тариф.

Все электрические параметры электросчётчика указывают на его щитке в застеклённом окошке корпуса. Этими параметрами являются: максимальное рабочее напряжение, сила тока, частота сети, в каких единицах измеряется электроэнергия, класс точности прибора и его передаточное число, которое означает, скольким оборотам диска соответствует 1 киловатт на час.

Вот, например, на щитке электросчётчика указаны следующие параметры: максимальное напряжение 250 вольт; сила тока 10 ампер; частота сети 50 герц; 1 киловатт на час равен 2500 оборотов диска; класс точности 2,5 %.

По указанным данным мы легко можем вычислить расчётную мощность счётчика. А для этого нам пригодится следующая формула: . Тогда расчётная мощность нашего счётчика равна: .

Параметрами счётчика допускается увеличение этой мощности на 20 %, то есть в 1,2 раза. Тогда максимально допустимая мощность счётчика и нагрузки будет равна уже: .

Также с помощью электросчётчика можно определить мощность любого электроприбора, если она неизвестна. Вот, допустим, мы хотим узнать мощность электрочайника.

Для этого отключим все электроприборы в квартире, кроме того, у которого мы хотим определить мощность. Затем подключим исследуемый электроприбор к сети (в нашем случае электрочайник), возьмём секундомер и понаблюдаем за движением диска электросчётчика. В момент, когда метка на диске счётчика совпадёт с риской или стрелкой на его щитке, включим секундомер и отсчитаем время за 10–20 оборотов диска.

Предположим, что диск совершил 20 оборотов за 19 секунд. По полученным данным определим энергию, которую потребляет нагрузка в 1 секунду, т. е. её мощность. Для этого по передаточному числу счётчика вычислим цену одного оборота диска, которую называют номинальной постоянной счётчика. Обычно постоянную счётчика выражают в ватт на секунду в оборот. Поэтому один киловатт на час переведём в ватт на секунду . Затем разделим всё на 2500 оборотов. Получим, .

Затем номинальную постоянную умножим на число оборотов, а их у нас 20, и вычислим количество электроэнергии, которое получила нагрузка. Получим,
.

После этого, израсходованную энергию разделим на время и получим мощность, которая равна .

Мы знаем, что напряжение в сети равно 220 вольт, а тогда по полученной мощности прибора мы можем вычислить силу тока. Она равна .

Следует знать, что каждый счётчик работает с некоторой погрешностью. В рассмотренном примере погрешность прибора не должна превышать 2,5 %.

Реальную же погрешность показаний электросчётчика можно оценить практически. Для этого включают в сеть поочерёдно нагрузки с известной мощностью. Как и в предыдущем примере, определяют с помощью секундомера время, которое равно 20 оборотам диска счётчика, для каждого электроприбора. Для повышения точности, измерение времени для каждого прибора желательно производить не менее 3–5 раз. И уже по полученным данным вычисляют средний результат. Затем по затраченной энергии и среднему времени вычисляют мощность каждого электроприбора и сравнивают её с его паспортной мощностью.

Если имеются значительные расхождения экспериментальных и паспортных данных, то можно сделать вывод о том, что показания электросчётчика завышены или занижены, и обратиться в электрокомпанию для его замены.

На этом уроке мы говорили об электроизмерительных приборах. Узнали, что электроизмерительные приборы – это класс устройств, которые применяют для измерения различных электрических величин. Такие приборы служат для контроля режима работы электрических установок, их испытания и учёта расходуемой электрической энергии. Также мы с вами познакомились с электроизмерительным прибором, который есть в каждом доме, электросчётчиком. Рассмотрели принцип его работы.

Источник

Электроизмерительные приборы

Электроизмерительные приборы это у стройство, предназначенное для сравнения измеряемой величины с единицей измерения или с мерой, называют измерительным прибором. Меры и приборы, предназначенные для практических измерений, считаются рабочими. Меры и приборы, предназначенные для хранения или воспроизводства единиц, а также для поверки и градуировки приборов, носят название образцовых .

Электроизмерительные приборы и измерения

Измерением называют процесс сравнения измеряемой величины с величиной того же рода, условно принятой за единицу измерения.

Материальный образец единицы измерения, ее дробного или кратного значения называется мерой.

Результат всякого измерения несколько отличается от действительного значения измеряемой величины. Действительное значение измеряемой величины это значение, определяемое при помощи образцовых приборов (образцовых мep ).

Разность между измеренным и действительным значением величины составляет абсолютную погрешность измерения. Выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности к действительному или измеренному значению представляет собой относительную погрешность, которая применяется для оценки ка чества измерения.

Пример 7-1. При измерении тока найдено I ₁ = 41 а. Действительное значение тока I = 40 а.

Абсолютная погрешность измерения

Классификация электроизмерительных приборов

Электроизмерительные приборы делятся на приборы непосредственной оценки и приборы сравнения.

К приборам непосредственной оценки, например, относятся: амперметр, ваттметр, счетчик, т. е. приборы, дающие численное значение измеряемой величины по их отсчетному приспособлению.

Прибор сравнения применяется для сравнения измеряемой величины с мерой, например мост для измерения сопротивлений.

При технических измерениях чаще применяют приборы непосредственной оценки, как более простые, дешевые и требующие мало времени для измерения.

Приборы сравнения используются для более точных измерений и для измерения неэлектрических величин.

В табл. дано деление электроизмерительных приборов по роду измеряемой величины. В табл. дано деление приборов по их системам, т. е. по принципу их устройства и действия.

Разнообразие систем измерительных приборов обладающих различными свойствами, вызвано разнообразием условий и требований при измерении электрических величину.

По степени точности электроизмерительные приборы непосредственной оценки (ГОСТ 1845-59) делятся на восемь классов точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5 и 4. На шкалах приборов число класса точности пишется внутри окружности.

Число класса точности прибора обозначает основную, допустимую, приведенную погрешность прибора. Основной допустимой приведенной погрешностью называется выраженное в процентах отношение наибольшей допускаемой по стандарту абсолютной погрешности прибора (∆x), находящегося в нормальных условиях эксплуатации, к номинальной величине (x_и) прибора.

Электроизмерительные приборы и их условные обозначения

Прибор находится в нормальных условиях, если установлен в положение, указанное на шкале прибора, находится в среде с нормальной температурой (+20 ° С) и не подвергается действию внешнего магнитного поля (кроме земного).

Номинальной величиной измерительного прибора называется верхний предел измерения его. Следовательно, приведенная погрешность прибора

Погрешность может быть положительной или отрицательной.

Относительной погрешностью при измерении прибором величины х₁ называют выраженное в процентах отношение наибольшей возможной абсолютной погрешности прибора ∆х к измеренному значению величины

Умножив и разделив последнее выражение на номинальную величину прибора, получим:

Таким образом, погрешность измерения равна погрешности прибора, умноженной на отношение номинальной величины прибора, к измеренному значению.

Пример измерения амперметром

Наибольшая возможная погрешность при измерении тока

Чем меньше измеряемая величина по сравнению с номинальной величиной прибора, тем больше погрешность измерения этой величины; следовательно, измеряемая величина должна иметь значение не меньше половины номинальной величины прибора.

Гальванометры

Действие магнитного поля на ток в проводнике положено в основу устройства наиболее чувствительных электрических измерительных приборов — гальванометров.

Если в однородное магнитное поле поместить прямоугольную рамку из проводника, обтекаемую током, то силы F₁uF₂, действующие на стороны ab и cd рамки (на стороны ас и bd, параллельные силовым линиям, поле не действует), образуют пару, стремящуюся повернуть рамку и установить ее в плоскости, перпендикулярной силовым линиям поля.

Зеркальный гальванометр (рис. 3, а) состоит из сильного подковообразного магнита М, между полюсами которого на упругой нити П подвешена рамка К, намотанная из тонкой медной проволоки (рис. 3, б). Для усиления и создания равномерного поля внутри рамки помешен железный сердечник С. Ток к рамке подводится через нить П и неупругую спираль В, соединенные с клеммами А прибора. Под действием тока рамка будет поворачиваться, пока действующая на нее пара сил, прямо пропорциональная силе тока, не уравновесится противодействующим моментом сил упругости, образующимся при закручивании нити, на которой рамка подвешена.

Поэтому по углу поворота рамки можно судить о силе тока в ней. Для суждения об угле поворота рамки к ней прикрепляют легкое зеркальце 3.

При измерениях гальванометр должен быть укреплен на массивном основании для предупреждения возможности его сотрясения Осветитель О посылает пучок лучей на зеркальце В гальванометра Отраженные лучи падают на шкалу К, образуя на ней световое пятно, перемещающееся при повороте рамки гальванометра. Чувствительность зеркальных гальванометров доходит до 10

10 а на одно деление шкалы.

Шлейфовый гальванометр

При прохождении тока вследствие взаимодействия его с полем магнита проводники, составляю щие шлейф, смещаются в противоположные стороны и зеркальце поворачивается на некоторый угол. Если ток, проходящий по шлейфу, периодически изменяется по силе и направлению, соответственно будет изменяться и угол поворота зеркальца, т. е. колебания зеркальца повторят характер колебаний тока. Колебания зеркальца регистрируются путем световой записи Для этого луч от осветителя О направляют на зеркальце, отражаясь от которого, он падает на движущуюся фотопленку или фотобумагу Л.

Применяется также зеркальный гальванометр с поляризованной магнитной системой, называемый вибрационным гальванометром. Гальванометр имеет Ш-образный сердечник, рама М которого представляет постоянный магнит, а средний стержень — ненамагниченный сердечник. На этом сердечнике находится катушка К, по которой проходит исследуемый переменный ток. В зазоре сердечника на нити Н из немагнитного материала подвешена пластинка П из мягкого железа, на которую наклеено зеркальце (рис. 256,б) На рисунке показан простейший гальванометр из электрокардиографа ЭКП-5; на рис. 256, в показан корпус гальванометра с окошком О для светового луча.

в другом — они имеют обратные направления и вычитаются:

Пластинка П поворачивается в сторону, где поток сильнее. При изменении направления тока в катушке К изменится направление потока Ф_к и пластинка повернется в противоположную сторону. Таким образом, под действием колебаний тока в катушке К пластинка П с зеркальцем будет совершать колебания, по форме повторяющие колебания тока. Колебания зеркальца регистрируются, как указано выше.

Если поток Ф_к имеет пульсирующий характер (колебания его ∆Ф не меняют направления), то пластинка П с помощью поворота нити Н предварительно устанавливается под углом к тому из концов сердечника М —М, в котором потоки Ф₀ и ∆Ф вычитаются.

Приборы с постоянным магнитом являются весьма чувствительными и точными, но непосредственно могут применяться только для измерений в цепях постоянного тока.

Прибор для измерения тока (гальванометр, микроамперметр и т. д.) включается в цепь последовательно. При этом через него можно пропускать ток по силе, не превышающий крайнее деление шкалы. Для расширения пределов измерения применяется включение к прибору одного или нескольких шунтов, т. е. сопротивлений определенной величины, подключенных параллельно рамке прибора.

В некоторых случаях применение шунтов позволяет пользоваться более чувствительным прибором. Например, в аппарате для гальванизация необходимо измерять силу тока в пределах от 0 до 50 ма Если взять прибор на 50 ма, то чувствительность его будет так низка, что измерить малые токи порядка 1-2 ма, применяемые при некоторых процедурах, будет затруднительно. Поэтому в аппарате установлен прибор для измерения в пределах 0—5 ма. Для измерения больших токов к прибору включают шунт, который дает возможность измерять токи, в 10 раз большие.

Шунт (или шунты) обычно помещается внутри прибора, и прибор снабжается переключателем. В этих случаях прибор имеет или две (несколько) отдельные шкалы, или одну, цена деления которой должна умножаться на соответствующий коэффициент.

При помощи гальванометра (миллиамперметра) можно измерять также и напряжение. По закону Ома ток в приборе, а следовательно, и угол отклонения стрелки прямо пропорциональны напряжению на зажимах прибора Поэтому шкалу прибора можно градуировать в вольтах. Прибор включают в цепь параллельно. Для того чтобы при этом через прибор не проходил большой ток, последовательно с рамкой прибора включают дополнительное сопротивление необходимой величины, которое обычно помещается внутри корпуса прибора. Такие приборы называются вольтметрами.

Статья на тему Электроизмерительные приборы

Похожие страницы:

Понравилась статья поделись ей

Источник