93 ел. 29.03.21 електротехніка № 22

 

Урок № 22   29.03.21   93 ел. електротехніка

Тема програми. Електричні та радіотехнічні вимірювання. Електровимірювальні прилади.

Тема уроку. Основні поняття. Похибки приладів. Класифікація електровимірювальних приладів.

 

1. Основні поняття

Різноманітні струмоприймачі перетворюють підведену до них електричну енергію в інші види енергії – механічну, теплову, променисту, хімічну. Ефективність роботи струмоприймачів залежить від показників якості споживаної електричної енергії, інтенсивності її перетворення, тривалості роботи та ряду інших факторів. Для кiлькiсної оцiнки роботи електричних станцій і забезпечення одночасної роботи великої кiлькості струмоприймачів необхiдно знати кiлькiсть виробленої i спожитої електроенергії. Нормальна робота струмоприймачів може бути охарактеризована величиною напрyrи живлення, силою струму живлення тощо.

Отже, в електроустановках необxiдно проводити оперaцiї вимiрювання електpичних величин, що характеризують, з одного боку, кількiсть електроенергії, спожитої струмоприймачами, а з іншого - кiлькiсну сторону процесу перeтворення електричної енергії в iншi види.

Правові основи забезпечення єдності вимірювань в Україні визначає Закон України “Про метрологію та метрологічну діяльність”, що встановлює основні терміни та їх визначення, окремі з яких наведені нижче.

Метрологія - наука про вимірювання, яка включає як теоретичні, так і практичні аспекти вимірювань у всіх галузях науки і техніки.

Вимірювання - відображення фізичних величин їхніми значеннями за допомогою експерименту та обчислень із застосуванням спеціальних технічних засобів.

Одиниця вимірювань - фізична величина певного розміру, прийнята для кількісного відображення однорідних з нею величин.

Засіб вимірювальної техніки - технічний засіб, який застосовується під час вимірювань і має нормовані метрологічні характеристики.

Еталон - засіб вимірювальної техніки, що забезпечує відтворення і (чи) зберігання одиниці вимірювань одного чи декількох значень, а також передачу розміру цієї одиниці іншим засобам вимірювальної техніки. Існують державні, робочі та вихідні еталони.

Повірка засобів вимірювальної техніки - встановлення придатності засобів вимірювальної техніки, на які поширюється державний метрологічний нагляд, до застосування на підставі результатів контролю їхніх метрологічних характеристик.

За призначенням технічні засоби вимірювань поділяються на міри, вимірювальні перетворювачі, вимірювальні прилади, установки та системи.

Міра - засіб вимірювань, матеріальний зразок одиниці фізичної величини, що виготовлений з заданою точністю. Розрізняють міри зразкові та робочі. Існують однозначні та багатозначні (змінного значення) міри, а також набори та магазини мір.

Вимірювальні перетворювачі - засоби вимірювань, що призначені для вироблення сигналів вимірюваної інформації. Їх дія заснована на різноманітних фізичних явищах і здійснюють вони перетворення будь-яких фізичних величин в електричні сигнали та є основою вимірювання неелектричних величин електричними методами. Для безпосередніх вимірювань слугують різноманітні електровимірювальні прилади прямого відліку або спеціальна апаратура. 

Електровимірювальні прилади призначені для вимірювання електричних величин.

Зразкові міри та вимірювані прилади високих класів точності використовуються для повірки робочих приладів.

Методи вимірювань залежно від способу одержання результату розподіляться на прямі, непрямі та порівняльні.

Прямим називається такий метод вимірювань, при якому за допомогою вимірювального приладу одержують числове значення вимірюваної величини, наприклад, числове значення частоти струму, напруги, активної потужноcтi, кiлькоcті спожитої за певний промiжок часу електроенергії тощо. 

Непрямим називають метод вимірювання, при якому вимірювану величину обраховують на основі виміру інших величин, що пов’язані з нею відомою залежністю (наприклад, на основі формули, номограми тощо).

При порівняльному методі вимірювана величина порівнюється з величиною того ж роду, що прийнята за одиницю - мірою.

В Україні прийнята міжнародна система одиниць, яка позначається SI, на українській мові СІ (система інтернаціональна).

Утворення десятинних кратних та частинних одиниць міжнародної системи відбувається в результаті множення одиниць СІ на 10 у відповідній степені, до речі, до найменувань одиниць добавляють відповідні приставки.

2. Похибки вимірювань та приладів. Клас точності

Будь-яке вимірювання не може бути абсолютно точним внаслідок недосконалості вимірювальних приладів, методів вимірювання, впливу зовнішніх чинників (зовнішні магнітні та електричні поля, зміна температури, вологості тощо). Тому в процесі вимірювання необхідно визначити не тільки значення вимірюваної величини але і ступінь точності вимірювання або похибку, тобто відхилення результату вимірювання від дійсного значення вимірюваної величини.

За дійсне значення величини приймають значення, виміряне за допомогою еталонних (зразкових) приладів. Похибки вимірювань розподіляють на абсолютну, відносну, приведену, основну та додаткову. Вони виражаються в абсолютних або відносних одиницях.

2.1. Абсолютна похибка – це різниця між виміряним та дійсним значенням величини:

Δ А = А _В  - А_Д 

де А _В– показання приладу (вимірювана величина);

А_Д – дійсна величина.

Абсолютна похибка, яка використовується із зворотнім знаком, називається поправкою, тобто:

Δ Р = -  Δ А

Тоді дійсне значення вимірюваної величини:

А_Д  = А _В +. Δ Р

2.2. Точність вимірювання характеризується відносною похибкою – відношенням абсолютної похибки до дійсного значення величини у відсотках:

δ  =  Δ А /  А_Д 100%

2.3. Абсолютна і відносна похибки характеризують точність вимірювання і не характеризують вимірювальний прилад. Для характеристики точності електровимірювального приладу вводять поняття  приведеної відносної похибки: абсолютної похибки у відсотках від номінальної величини приладу А _н:

γ  % = Δ А /  А _Н 100% = (А _В  - А_Д ) / А _Н 100%

де А _Н – номінальне значення (максимальне значення шкали приладу).

Приведена похибка визначає клас точності вимірювального приладу.

За допустимим значенням приведеної похибки вci прилади розділені на дев’ять класів точності: 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0.

Прилади класiв точності 0,02; 0,05; 0,1; 0,2 i 0,5 називають лабораторними,

 1,0; 1,5; 2,5 i 4,0 - технiчними.

Абсолютна похибка за характером прояву визначається систематичною, випадковою похибками та похибкою оператора.

Залежно від умов експлуатації електровимірювального приладу розрізняють  основну

 та додаткову похибки.

2.4. Основною похибкою вважають похибку приладу за нормальних умов експлуатації (відповідно до даних, наведених у паспорті приладу і на шкалі).

2.5. Додатковою похибкою називають похибку приладу, що виникає при відхиленні від нормальних кліматичних умов.

Небажано користуватись початковою частиною шкали електровимірювального приладу та вимірювати невеликі значення електричних величин приладом з великою межею вимірювань.

Повіркою електровимірювального приладу називається процес порівняння показів приладу, що повіряється, на всій довжині його шкали зі зразковим, з метою знаходження абсолютних, відносних, приведених похибок, а також його класу точності.

3. Класифікація електровимірювальних приладів та їх маркування

Електровимірювальні прилади – це технічні засоби вимірювань, які виробляють сигнали вимірюваної інформації у формі, що доступна для безпосереднього сприйняття спостерігачем. Електровимірювальні прилади дають змогу вимірювати як електричні, так і неелектричні величини. Їх можна класифікувати:

·         за призначенням;

·         за виконанням залежно від умов експлуатації;

·         за фізичним принципом дії вимірюваного механізму та будовою;

·         за родом струму;

·         за класом точності;

·         за типом відлікового пристрою;

·         за стійкістю від механічних впливів;

·         за ступенем захисту від зовнішніх магнітних та електричних полів тощо.

За призначенням електровимірювальні прилади поділяються на амперметри, вольтметри, ватметри, омметри, лічильники активної енергії, фазометри, частотоміри тощо.

За виконанням залежно від умов експлуатації розрізняють стаціонарні або щитові та переносні.

За фізичним принципом дії вимірювального механізму та будовою розрізняють прилади магнітоелектричної, електромагнітної, електродинамічної, феродинамічної, індукційної, електростатичної систем та цифрові прилади.

За родом струму є прилади постійного, змінного струму та універсальні, що застосовуються для вимірювання в колах постійного і змінного струмів.

За класом точності – 0,02; 0,05; 0,1; 0,2 i 0,5 називають лабораторними,

 1,0; 1,5; 2,5 i 4,0 - технiчними.

За типом відлікового пристрою електровимірювальні прилади можуть бути показувальні, реєструючі, самопишучі, друкуючі, iнтегруючі, підсумовуючі.

Більш поширені показувальні прилади, тобто прилади безперервної оцінки. Відліковий пристрій цих приладів складається із шкали і покажчика. Покажчиком може бути стрілка або світлова пряма з рискою. Такі показуючи прилади називаються аналоговими.

За стійкістю від механічних впливів прилади поділяються на звичайні, звичайні з підвищеною міцністю, стійкі до механічних впливів (вібраційно-міцні, нечутливі до тряски, вібраційно-стійкі тощо)

За ступенем захисту від зовнішніх магнітних та електричних полів розрізнять дві категорії приладів з допустимими змінами показів (у %) залежно від класу точності.

Електровимірювальні прилади досить різноманітні. Для того щоб отримати вичерпну характеристику кожного приладу, чинні стандарти регламентують спеціальну систему маркування. На передній панелі електровимірювального приладу (зазвичай на шкалі) повинні бути вказанi, за допомогою умовних позначень, наступні данi

·         одиниця вимiрюваної величини (наводиться початкова латинська літера одиниці, наприклад, А, V, W);

·         клас точностi;

·         номер державного стандарту, відповідно до вимог якого він виготовлений;

·         умовне позначення роду струму i кількості фаз;

·         вимірювальна система приладу;

·         група виконання за умовами експлуатацiї;

·         категорiя захищеностi вiд зовнiшнiх магнiтних i електричних полiв;

·         робоче положення приладу при вимiрюваннях;

·         величина випробувальної напруги електричної ізоляції струмоведучих частин приладу;

·         номінальна частота струму або межi частот;

·         рік випуску та заводський номер приладу;

·         товарний знак заводу-виготовлювача тощо.

Домашнє завдання. Вивчити матеріал та створити опорний конспект.

Викладач                     Максимова Т. В.