Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Лекции - Основы метрологии и электроизмерительная техника. Часть 1 - файл Лекции ЧАСТЬ 1 МЕТРОЛОГИЯ.doc


Лекции - Основы метрологии и электроизмерительная техника. Часть 1
скачать (391.1 kb.)

Доступные файлы (2):

Лекции ЧАСТЬ 1 МЕТРОЛОГИЯ.doc1195kb.14.01.2010 19:09скачать
ПРИЛОЖЕНИЕ К ЧАСТИ 1 КОНСПЕКТА ПО МЕТРОЛОГИИ.doc636kb.07.04.2006 17:53скачать

содержание
Загрузка...

Лекции ЧАСТЬ 1 МЕТРОЛОГИЯ.doc

Реклама MarketGid:
Загрузка...

СОДЕРЖАНИЕ

стр.


ВВЕДЕНИЕ В КУРС

3



ОСНОВЫ МЕТРОЛОГИИ

4

Тема 1 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ МЕТРОЛОГИИ

4

Тема 2 ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ


5

Тема 3 ОБРАБОТКА И ПРЕДСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

6


^ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ




9

Тема 4 ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ) ………………

9

Тема 5 ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ИЗМЕРЯЕМЫХ ВЕЛИЧИН ………………………

12

Тема 6 ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ОСЦИЛЛОГРАФ…………………………………..

13

Тема 7 ИЗМЕРЕНИЕ СРАВНЕНИЕМ С МЕРОЙ……………………………………………

15

Тема 8 ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН………………………………………

16

Тема 9 РЕГИСТРИРУЮЩИЕ ПРИБОРЫ ………………………………………………...

19












ВВЕДЕНИЕ В КУРС
^

Литература по курсу


1.Метрологія та вимірювальна техніка. За редакцією проф. Є.С.Поліщука. Львів.-“Бескид Біт”.-2003.-544 с.

2. Основы метрологии и электрические измерения. Под редакцией Е.М.Душина, 1987.-480с.

3. Измерения неэлектрических величин/ Туричин А.М., Новицкий П.В. и др.Л.: Энергия, 1975.-575с.

4. ДСТУ 2681-94. Метрологія. Терміни та визначення.-К.: Держстандарт України, 1994.

ДСТУ 2681-94. Метрологія. Метрологічне забеспечення. Основні положення. .-К.: Держстандарт України, 1994.

5.Методические указания к лабораторным работам по дисциплине « Промышленная электроника и информационно-измерительная техника в электроэнергетике». ДПИ, 1992

Раздел « Основы метрологии и аналоговые электроизмерительные приборы ». (№ 962)..

Раздел « Измерение электрических, магнитных и неэлектрических величин » (№ 963).

  1. Гёлль П. Как превратить персональный компьютер в измерительный комплекс: Пер. с франц.- М.:ДМК, 1999.-144 с.

  2. Методичні вказівки і контрольні завдання з основ метрології та електровимірювальної технніки.” (№ 251).Донецьк, ДонДТУ, 1999.,


В результате изучения курса студент должен

знать: теоретические положения метрологии как научно-технического направления отрасли; методы измерения основных физических величин; классификацию и принципы анализа и расчета погрешностей измерений; теоретические основания построения электроизмерительной техники на различной элементной базе; методы применения электроизмерительной техники для оценки режимов и параметров электротехнических и электроэнергетических объектов;

уметь: обоснованно выбирать метод измерения а также электроизмерительную технику; составлять схемы измерений, обладать практическими навыками пользования электроизмерительными техническими средствами; оценивать погрешность измерений.


КАЖДАЯ ВЕЩЬ ИЗВЕСТНА ЛИШЬ В ТОЙ СТЕПЕНИ, В КАКОЙ ЕЕ МОЖНО ИЗМЕРИТЬ
^

Вильям Томсон, лорд Кельвин



ЧАСТЬ 1 ОСНОВЫ МЕТРОЛОГИИ


Тема 1 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ МЕТРОЛОГИИ

определение понятий; средства, методы и виды измерений; погрешности измерений


1.ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Метрология – наука об измерениях

Измерение – нахождение значений физических величин опытным путем с помощью специальных

технических средств

Величина – свойство физического объекта (например, длина, масса, напряжение)

Значение величины – ее количественная характеристика в единицах измерения (например, 3 метра, 5 килограмм, 10 вольт)

Неопределенность – объективное свойство величины, состоящее в отсутствии как угодно точного ее значения (например, невозможно точно определить положение и скорость точки, ток и напряжение конденсатора. вообще две величины, связанные производной по времени).

^ Единица измерения – значение, принятое за единицу (ампер, вольт, ом)

Средства измерений (СИ)– технические средства, имеющие нормированные метрологические свойства.

^ 2.СУЩЕСТВУЮТ СЛЕДУЮЩИЕ СИ:

мера – СИ, предназначенное для воспроизведения величин определенного значения (например, резистор сопротивлением 10 Ом, элемент с ЭДС 1 В)

измерительный прибор – СИ, предназначенное для определения значения и представления его в форме, доступной для восприятия наблюдателем

измерительный преобразователь – то же, но в форме, непосредственно не воспринимаемой, удобной для обработки или хранения.

^ 3.ВИДЫ ИЗМЕРЕНИЙ

прямые – когда результат получается непосредственно по прибору (например, измерение тока амперметром)

косвенные – когда результат получают по формуле, связывающей измеренные значения (например, измерено U и I, а R=U/I)
^

4. МЕТОДЫ (М) ИЗМЕРЕНИЙ


М непосредственной оценки – значение определяется непосредственно по шкале прибора

М сравнения (МС)– измеряемая величина сравнивается с мерой (например, весы с гирями)

Используют МС:

нулевой – когда действие измеряемой величины уравновешивается до нуля действием

известной величины

дифференциальный – прибором измеряется разность между измеряемой и известной величиной

замещения – измеряемая величина заменяется мерой, пока действие от меры станет таким же, как от измеряемой величины

^ 5. ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ (ПИ)

ПИ – разница между истинным и измеренным значениями

истинное значение это идеальное, неизвестное значение. На практике пользуются

действительным значением – настолько приближающемся к истинному, что может быть

использовано вместо него.

Абсолютная ПИ А – разница между измеренным Ах и истинным А значениями:

А = АхА

Относительная ПИ - отношение абсолютной ПИ измерения к истинному значению,

выражается в процентах:

Систематические ПИ – остающиеся постоянными в ряде измерений.

Могут быть определены и устранены поправкой.

Случайные ПИ – изменяющиеся случайным образом в ряде измерений.

Инструментальная ПИ –обусловленная погрешностью СИ

Методическая ПИ обусловленная несовершенством метода измерений

^

Тема 2 ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ (ЭП)


метрологические характеристики; погрешности; классы точности


1. НЕКОТОРЫЕ МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭП

^ Диапазон измерений – область между наибольшим и наименьшим значениями, которые могут быть измерены с нормированной погрешностью

Нормирующее значение:

  1. конечное значение диапазона измерений – при равномерной шкале и нулевой отметке на краю диапазона

  2. сумма модулей пределов измерений – если 0 внутри диапазона

  3. длина шкалы в единицах длины – если шкала существенно неравномерна

Чувствительность S – производная от выходной величины l по входной x:

S=dl/dx

Если чувствительность постоянна во всем диапазоне,

S=l/x ( например, делений/вольт)

Постоянная прибора C= 1/S (например, В/дел.)

Мощность, потребляемая из измеряемой цепи

Частота измеряемого тока ( напряжения).

^ Время успокоения - интервал времени от подключения прибора до момента, когда

отклонение 1% длины шкалы. ВУ должно быть 4с.

Вариация показания –наибольшая разность показания при одном и том же значении измеряемой величины  2.

^ 2.ПОГРЕШНОСТИ (П) ЭП

Основная – П при нормальных (допустимых для данного ЭП) условиях.

Дополнительная – П, вызванная отклонением условий от нормальных.

Абсолютная П - это разность между показанием ЭП хп и истинным значением измеряемой

величины х: = х - хп

Относительная П - это отношение абсолютной погрешности к истинному (действительному) значению:

Приведенная П - это отношение абсолютной П к нормирующему значению ХN: П может быть

аддитивная - не зависит от х

мультипликативная -  прямо пропорциональна х, так что

в общем случае аддитивная мультипликативная



Погрешность ЭП характеризуется его классом точности.

^ Класс точностиобобщенная характеристика прибора, определяемая пределами допускаемых погрешностей

Стандарт «Классы точности средств измерений» предусматривает 4 разновидности классов точности, соответственно, ^ 4 формы выражения погрешностей:

  1.  (например, 1,5).

Это значит, что во всем диапазоне максимальная абсолютная погрешность, = Xн/100.

 называется «предел допускаемой приведенной основной погрешности».

Пример. Амперметр с пределом измерения 100А, на циферблате которого указано 1,5 имеет во всем диапазоне абсолютную П не более 1,5 А.

2. .  (например, 1.5). То же, что п.1, но и Хн выражаются в единицах длины шкалы. Применяется для приборов с существенно неравномерной шкалой.

Пример. Мегоомметр с пределом измерения ^ 100 МОм, длина части шкалы, соответствующая диапазону измерений, 100мм. На циферблате указано 1,5 . Это значит, что во всем диапазоне абсолютная П не более 1,5 мм.

3.  , например, 1,5 Это значит, что во всем диапазоне допускается максимальная относительная П : =  /x.

 называется «предел допускаемой относительной основной погрешности»,

х - показание прибора.

Пример. Счетчик энергии, на циферблате которого указано 1,5 , имеет во всем диапазоне относительную П не более 1,5 %. Абсолютная П при показании, например, 1000 кВт-ч составляет 15 кВт-ч.

  1. c/d, например, 1,5/1,0. Это значит, что во всем диапазоне допускаются максимальные значения и относительной и абсолютной x погрешностей.

=[c+d(Xн/x-1)]

Пример. Амперметр с пределом измерения 100А и классом точности 1,5/1,0 показывает 10А. Относительная погрешность измерения

=0,01[1,5+1(100/10-1)]= 0,1; абсолютная = х = 1А.


Тема 3 ОБРАБОТКА И ПРЕДСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

^ И ПОЗНАЕТЕ ИСТИНУ И СТАНЕТЕ СВОБОДНЫМИ...

Евангелие от Иоанна, гл.8, абз.32

представление результатов измерений; прямые, косвенные, многократные измерения; нахождение зависимостей


^ 1. ПРАВИЛА ПРЕДСТАВЛЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ

Результат измерений состоит из действительного значения и погрешности – при любых (прямых, косвенных, многократных) измерениях.

действительное значение погрешность И

И= А+А

числа А и А должны оканчиваться цифрами одинаковых разрядов;

А – число с одним или двумя значащими цифрами (не более).

Например: U=12, 6  1,2 - так надо U=12, 6  1,2345 - так нельзя

^ 2. ПРИ ПРЯМЫХ ИЗМЕРЕНИЯХ

погрешность определяется классом точности прибора - если И произведено одним прибором (см. тему 2, «классы точности»)

Если измерительное устройство состоит из m СИ, каждый из которых имеет i, суммарная погрешность абсолютная относительная

Щитовой амперметр с А=1,5 %, подключенный через трансформатор тока с ТТ =1%, показывает 53А.



Показание представляется так: 53,00,8 А

^ 3.ПРИ КОСВЕННЫХ ИЗМЕРЕНИЯХ

В общем случае. Для косвенного определения f =f(x,y,z) измерены х с погрешностью х, у с погрешностью у, z с погрешностью z.

Погрешность результата абсолютная



относительная



То есть, складываются погрешности, умноженные каждая на частную производную по той величине, которая измерена с этой погрешностью.

Например. Измерены U и I с погрешностями U и I, косвенно определяется мощность P=UI.



Результат: Р  Р

Например.

Измерено напряжение U=20 В с =2,5 В, ток I=10 A с = 1,5А. Р=2010 = 200 ВА.



Результат измерения: 200 39 ВА



  1. ^ ПРИ МНОГОКРАТНЫХ ИЗМЕРЕНИЯХ

Определения.

Доверительный интервал – интервал, в котором с вероятностью Р находится истинное значение величины.

Доверительная вероятность – вероятность того, что истинное значение величины находится в доверительном интервале.

Для определения значения с заданной точностью (т.е. с заданной доверительной вероятностью или интервалом)

1. производят многократные измерения одной и той же величины, получают значения х1, х2, …хn. Они называются наблюдениями

2. определяют действительное значение как среднеарифметическое наблюдений



3. определяют абсолютные отклонения каждого наблюдения vi= xi -x

4.находят среднеквадратическое отклонение (СКО) vi

5.находят СКО действительного значения:

6. задают доверительный интервал k и получают доверительную вероятность Р,

либо наоборот - задают доверительную вероятность ^ Р и получают доверительный интервал k - в зависимости от цели измерения.

P и k при количестве наблюдений n<10 связаны распределением Стьюдента:


Фрагмент таблицы распределения Стьюдента

n \ P



0,5

0,9

0,99

2

1,0

6,3

64

3

0,82

3,9

10 k

4

0,77

2,4

6



Результат многократного измерения пишется: Хист = х  k, Р.

Или х - k < Хист<х + k, P.

Произносится:

«С вероятностью Р истинное значение величины лежит в интервале от х -k до х + k»

Например.

Напряжение измерено 4 раза, получены значения наблюдений 5.1, 5.2, 5.3, 5.4 В.

Действительное значение U=(5.1+5.2+5.3+5.4)/4=5.25



Хочется знать доверительный интервал, например, с вероятностью 0,99.

Для Р=0,99 и n= 4 k = 6 (из распределения Стьюдента)  k = 6•0,19=1,14

Результат измерения записывается так:

U = 5.25 1.14 ; Р = 0,99 Или 4.11< U <6.39, Р = 0,99.

Произносится: «истинное значение напряжения находится в интервале от 4.11 до 6.39 с вероятностью 0,99».


^ 5.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ МЕЖДУ ВЕЛИЧИНАМИ

Цель - с помощью измерений установить зависимость, связывающую функцию y с аргументом x, а именно:

1.график функции или

2.вид формулы (например, y=ax+b или y=ax2+bx+c или еще какой то) и значения постоянных в этой формуле (a, b, c).


Алгоритм определения зависимости в виде графика:

  1. результаты измерений ввести в таблицу Excel;

  2. выделить диапазон ячеек с данными для нанесения на диаграмму;

  3. на панели инструментов нажать кнопку ;

  4. выбрать опцию «график»,

  5. выбрать вид графика из набора «стандартный» или «нестандартный» и нажать кнопку «далее»;

  6. определить внешний вид названия, легенды и подписей, нажать кнопку «готово».


Алгоритм поиска зависимости в виде аналитическом

1. назначить формулу, описывающую искомую зависимость, из соображений:

а) физического правдоподобия, или б) удобства дальнейшего использования. Например:

y = a + bx + cx2 или y = abcx.

2. определить коэффициенты ( a, b, c ) такие, чтобы сумма квадратов отклонений была минимальной:

2 =  (y - yi )2 = 2min

y - значение, полученное из формулы,

yi - значение, полученное измерением.


При изучении этой части курса следует обратиться к учебнику Метрологія та вимірювальна техніка. За редакцією проф. Є.С.Поліщука. Львів.-“Бескид Біт”.-2003.

Темы изложены на стр. 5119 .


^ ЧАСТЬ 2 ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА

Тема 4 ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ (ИП)

основы теории; магнитоэлектрические; электромагнитные» электродинамические;

электростатические; индукционные ИП

^ 1. ОСНОВЫ ТЕОРИИ

Назначение ИП - преобразовать входную величину (ток, напряжение, мощность) в численное значение (число делений, число мм)

^ Принцип действия - Измерительная цепь преобразует измеряемую величину (например, напряжение) в величину, создающую вращающий момент (например, ток).

Измерительный механизм преобразует этот ток в момент вращающий, зависящий от измеряемой величины, поворачивающий указатель (стрелку, луч света).

Измерительный механизм создает (например, пружиной) момент противодействия, зависящий от угла поворота.

Установившееся положение указателя наступит, когда моменты вращающий и противодействия равны.

Оно оценивается количественно отсчетным устройством (шкалой).

Математическая модель

Вращающий момент МВ =М(х) (например, МВ= kх)
^

Момент противодействия МПР= М() (например, МПР= с)

Установившееся положение указателя наступит, когда МВ= МПР  М(х)= М()


Например, kх = с , Тогда

Прибор, в котором МПР создается не пружиной, а также, как и МВ, называется логометр.


^ 2. МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ (ИМ)

Назначение – точное измерение постоянных величин

Принцип действия – рамка с током отклоняется моментом сил взаимодействия измеряемого тока и магнитного потока. Момент противодействующий создается пружиной.

^ Математическая модель

Вращающий момент Мвр=BswI Противодействующий момент МПР= c  = BswI/c =SI.

Здесь В – индукция, Вс/м2; s-площадь рамки, м2; w –число витков; I -ток в рамке, А. c – упругость, Нм/град; S – чувствительность, град/A.

^ МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЛОГОМЕТР

Принцип действия

Тот же, но противодействующий момент создается не пружиной, а другой рамкой с током.

^ Математическая модель

Вращающий момент МВ=B1() s1w1I1

Противодействующий момент МПР=B2() s2w2I2

 = (I1/I2) –угол отклонения стрелки есть функция отношения токов в рамках.

Особенности

  • большая чувствительность,

  • малое собственное потребление мощности,

  • способность измерять только постоянную составляющую тока.


^ 3. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ИМ

Назначение – измерение постоянных и переменных электрических величин




Принцип действия – Ферромагнитный якорь втягивается в катушку, по которой протекает измеряемый ток. Противодействующий момент создается пружиной.

^ Математическая модель

Вращающий момент Мвр=kI2

Противодействующий момент МПР= c  =(I2) – угол отклонения стрелки есть функция квадрата измеряемого тока. Равномерную шкалу получают выбором формы якоря.

МВ
^ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ЛОГОМЕТР




Принцип действия

Катушки создают вращающий и противодействующий моменты, зависящие от тока и угла поворота.

^ Математическая модель

МВ= МВ(IB,), МПР= МПР(IПР,)

= ( IB/ IПР)


Особенности электромагнитных ИП

  • сравнительно низкая чувствительность,

  • большое собственное потребление мощности,

  • способность измерять переменные и постоянные величины.

  • высокая надежность


^ 4. ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЙ ИМ

Назначение – измерение постоянных и переменных величин

Принцип действия – вращающий момент обусловлен силами взаимодействия тока подвижной катушки с током неподвижной. Момент противодействия создает пружина.

^ Математическая модель

Вращающий момент M=kI1I2cos

  • Противодействующий момент МПР= c

   I1I2cos ( - знак «пропорционально»)

здесь - угол сдвига фаз между токами I1 и I2 при измерении переменных величин.

^ ЛОГОМЕТРЫ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ

имеют две подвижные катушки, отклонение стрелки пропорционально отношению токов через подвижные катушки и сдвигу фаз между ними.


Особенности электродинамических ИМ-

  • высокая точность на постоянном и переменном токах, это наиболее точный прибор для измерения переменных величин;

  • большое собственное потребление мощности.




  1. ^ ФЕРРОДИНАМИЧЕСКИЙ ИМ

То же, что электродинамический, но неподвижные катушки имеют магнитопровод, позволяющий увеличить магнитный поток при том же измеряемом токе.


^ 6. ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ ИМ

Назначение – измерение напряжения постоянного и переменного


Принцип действия

Вращающий момент обусловлен электрическим полем, созданным между электродами измеряемым напряжением. Момент противодействия – пружиной.

^ Математическая модель

Вращающий момент MВ=kU2

Противодействующий момент МПР= c.

 = (U2) – угол отклонения стрелки есть функция квадрата измеряемого напряжения.

Равномерную шкалу получают выбором формы электродов.

Особенности

  • чувствительность мала

  • собственное потребление мощности на постоянном токе отсутствует, на переменном мало.


^ 7. ИНДУКЦИОННЫЙ ИМ

Назначение – измерение электрической энергии


Принцип действия

Вращающий момент обусловлен взаимодействием тока в диске, индуктированного обмоткой напряжения, с магнитным потоком обмотки тока.

Противодействующий момент создается постоянным магнитом.


^ Математическая модель

Вращающий момент MВ=kUIcos= P

Противодействующий момент МПР= cd/dt

MВ= МПР   = (k/c) Pdt = (k/c)W

Погрешность счетчика =w/W=(Cн-С)/C

Сн и С – номинальная и действительная постоянные счетчика (кВт-ч/оборот диска)


Особенности

  • компенсация сопротивления механизма дополнительным моментом, не зависящим

от измеряемой величины.

  • при напряжении, отличающемся от номинального, возможно вращение диска при отсутствии тока - «самоход». Его не должно быть при напряжениях 0,81,1Uн

Принцип действия к.з. кольцо создает составляющую магнитного потока, отстающую по фазе. В результате в диске возникает момент, не зависящий от мощности, а только от напряжения. Этот момент компенсирует сопротивления механизма.


^ Тема 5 ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ИЗМЕРЯЕМЫХ ВЕЛИЧИН

шунты ; делители напряжения; трансформаторы тока ; трансформаторы напряжения; выпрямители


Назначение преобразователей - расширение пределов измерения измерительных приборов.


1.ШУНТЫ

Назначение - обеспечить измерение постоянного тока большого значения

^ Схема

Принцип действия: измеряемый ток вызывает падение напряжения на сопротивлении шунта, пропорциональное измеряемому току, по этому падению оценивается значение тока.


Особенность: на всех шунтах происходит одинаковое падение напряжения 75 мВ при номинальных для них значениях токов.


^ 2. ДЕЛИТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ И ДОБАВОЧНЫЕ РЕЗИСТОРЫ

Назначение - увеличить диапазон измерения вольтметров. Схема




Принцип действия: измеряемое напряжение вызывает ток в резисторах делителя, имеющих такое сопротивление, что падение напряжения на R2 находится в диапазоне измерения

вольтметра ^ V. В схеме с добавочным резистором функцию R2 выполняет собственное сопротивление вольтметра.

Математическая модель.

U2=U1R2/(R1+R2) - схемы с делителем напряжения,

U2=U1Rv/ (Rд+Rv) - схемы с добавочным резистором.

ТРАНСФОРМАТОРЫ ВООБЩЕ

Назначение – преобразовывать параметры электрической энергии (напряжения, тока)
^

Принцип действия – переменное напряжение


прикладывается к первичной обмотке, в ней возникает ток, который создает магнитный поток (МП) в магнитопроводе. МП индуктирует в обмотках ЭДС, пропорциональную числу витков.


^ 3. ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА (ТТ)

Назначение - обеспечить измерение переменного тока большого значения.

Схема Условное изображение

Принцип действия.

Измеряемый ток I1 проходит через первичную обмотку трансформатора и индуктирует во вторичной обмотке ток I2 такой, что МДС обеих обмоток равны и противоположно направлены

Математическая модель.



Особенности

  • одинаковый выход всех ТТ - при номинальных значениях измеряемых токов;

  • для ТТ недопустим разрыв цепи вторичной обмотки;

  • сопротивление в цепи вторичной обмотки должно быть не более указанного в паспорте.



^ 4. ТРАНСФОРМАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ (ТН)

Назначение - обеспечить измерение переменного напряжения большого значения.

Схема

Принцип действия: первичное напряжение U1 индуктирует во вторичной обмотке ЭДС U2,

пропорциональную ему.

Математическая модель




Особенности:

  • все ТН имеют одинаковое вторичное напряжение U2=100В при различных номинальных значениях первичного U1;

  • сопротивление в цепи w2 должно быть достаточно велико, чтобы обеспечить режим, близкий холостому ходу.



5. ВЫПРЯМИТЕЛИ

Назначение – обеспечить измерение переменных тока и напряжения магнитоэлектрическими приборам

Схемы Условное обозначение




Принцип действия: через прибор проходит выпрямленный ток, пропорциональный переменному.

^ Математическая модель

-для двухполупериодного выпрямления

-для однополупериодного


Особенности

  • высокая чувствительность

  • малое потребление мощности

  • невысокая точность.



Тема 6 ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ОСЦИЛЛОГРАФ (ЭЛО)

понятие; электронно лучевая трубка (ЭЛТ) ; масштабное преобразование;

развертка; измерение параметров




^ ПОНЯТИЕ ЭЛО

Назначение – наблюдение и измерение напряжения, быстро изменяющегося во времени («быстро» – со скоростью большей, чем может воспринять зрение (>1Гц? >10Гц?)).

^ Схема

Принцип действия

Светящаяся точка на экране отклоняется по вертикали измеряемым напряжением (uвх), по горизонтали – напряжением развертки (uр). В результате светящаяся линия изображает зависимость uвх(uр). Чаще всего uр=kt и изображается uвх(t).


Иллюстрация




^ 2. ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ ТРУБКА (ЭЛТ)

Назначение –преобразовать изменение напряжения во времени в положение светящейся точки в пространстве.

Схема

Принцип действия

Светящаяся точка на экране, созданная электронным лучом, отклоняется пропорционально напряжению на пластинах, между которыми проходит луч. Благодаря послесвечению экрана видна траектория отклонения.
^

Математическая модель


lx=Suвертотклонение точки вдоль оси х

ly=Suгориз - отклонение точки вдоль оси у

S- чувствительность, (0,55мм/В) uверт, uгоризнапряжения между вертикальными и между горизонтальными пластинами.


  1. ^ МАСШТАБНОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ UВХ

Назначение - усиливать входное напряжение до величины, необходимой для отклонения луча.



^

Принцип действия


uвх снижается ДН до входного напряжения У и усиливается У до напряжения пластин.



  1. РАЗВЕРТКА

Назначение -обеспечить перемещение на экране светящейся точки в функции времени.

Принцип действия

ГПН генерирует пилообразное напряжение частотой приблизительно кратной частоте uвх. СИ обеспечивают точную кратность частот.
^

Математическая модель

должно быть для устойчивости изображениТр/T = N, N=1, 2, 3…-целое число.


N – количество периодов uвх, видимых на экране.
^

Вариант ЖДУЩАЯ РАЗВЕРТКА


Назначение - наблюдение одиночных или непериодических импульсов uвх.

Схема –та же, переключатель на uвх


Принцип действия

ГПН создает один развертывающий импульс при появлении uвх (один зубец «пилы»)


5. ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛО
^
Алгоритм измерения:

  1. устанавливается цена деления оси у - Су, В/дел - переключателем ДН

  2. устанавливается цена деления оси х - Сх, мс/дел – переключателем развертки

  3. устанавливается неподвижность изображения – синхронизацией

  4. мгновение t опредеделяется умножением числа делений вдоль х на Сх

  5. напряжение uвх в это мгновение опредеделяется умножением числа делений вдоль у на Су
^
Особенности ЭЛО

  • высокая чувствительность

  • высокое входное сопротивление

  • большая погрешность измерения.


Тема 7 ИЗМЕРЕНИЕ СРАВНЕНИЕМ С МЕРОЙ

дифференциальное; нулевое; мостом


1. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЕ ИЗМЕРЕНИЕ

Назначение - повысить точность измерения

Схема
^

Принцип измерения


Определяется разность между измеряемым напряжением Ux и известным точно напряжением эталонным Uэ. Поскольку разность меньше Ux, меньше нормирующее напряжение вольтметра V и его абсолютная погрешность.

Математическая модель

Ux = Uэ+Uv


^ 2. КОМПЕНСАЦИОННОЕ (НУЛЕВОЕ) ИЗМЕРЕНИЕ

Назначение - то же

Принцип измерения из измеряемого напряжения Ux вычитаетcя компенсирующее напряжение Uк, нуль-индикатор НИ показывает, когда Ux= Uк. Оно определяется по известным Uэ, Rэ и R1.


Математическая модель

Ux= Uэ R1/ Rэ при UНИ = 0


^ 3. ИЗМЕРЕНИЕ МОСТОМ

Назначение - определение сопротивлений резисторов, индуктивности и ёмкости.


С
Rx R2

U

R3 R4
хема



Принцип действия: падение напряжения на неизвестном резисторе Rx сравнивается с падением напряжения на известном ( R3), об их равенстве судят по показанию нуль-индикатора (НИ) .

Вариант ДВУХЗАЖИМНЫЙ МОСТ

Назначение - измерение сопротивлений

м
соединительные провода
еньших 10 Ом

^ Схема




Принцип действия соединительные провода входят в плечи моста с большим сопротивлением и поэтому мало влияют на его равновесие.

^ Математическая модель

Равенство показания нулю означает, что I1R1= I2R3,  Rx=R2R3/R4.

Чувствительность моста

Условие максимальной чувствительности Rx=R2 ; R3=R4


^ ИЗМЕРЕНИЕ РЕАКТИВНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ

Схема Принцип действия - тот же

Математическая модель

Условие равновесия (НИ=0): ZxZ4=Z2Z3, но т.к. Z=R+jX, то условий равновесия два:

  1. RxR4 - XxX4 = R2R3 -X2X3;

2. RxX4 +R4X1 = R2X3 + R3X2.

Особенность:

1.чувствительность моста

S=UНИRx

S максимальна при R1=R2, R3=R4

2.для достижения равновесия моста из реактивных сопротивлений необходимо регулировать два параметра.


Тема 8 ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

тока и напряжения; частоты; фазы; мощности и энергии


1.ИЗМЕРЕНИЕ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ

1.1. В цепи постоянного тока
^

Назначение – количественное определение величины


Схемы см. тему 5 «Преобразователи»:





Принцип действия - измеряется падение

напряжения на шунте

Принцип действия - измеряется ток через добавочный резистор и вольтметр

1.2. В цепи переменного тока однофазного


измеряющий

U2 прибор


измеряемое напряжение

U1


















Принцип действия - измеряется ток вторичной обмотки, пропорциональный току в линии.


^ Принцип действия - измеряется напряжение вторичной обмотки, пропорциональное напряжению первичной обмотки.

Особенности - мощность потребляемая приборами не должна превышать допустимой для преобразователя (ТТ или ТН).
^

Математическая модель


для ТТ Р=I2R  должно R  P/ I2

R – суммарное сопротивление последовательно включенных в цепь ТТ приборов и соединительных проводов.

I – номинальный вторичный ток ТТ (5А)

P – допустимая для данного ТТ мощность вторичной цепи (указанна в паспорте)

для ТН P=U2/R  должно R U2/P.

P – допустимая для данного ТН мощность вторичной цепи (указанна в паспорте)

U – номинальное напряжение вторичной обмотки (обычно 100В)

R – суммарное сопротивление параллельно включенных во вторичную цепь ТН приборов.


1.3. В цепи трехфазного тока
^

Схема измерения тока Схема измерения напряжения







^ 2. ИЗМЕРЕНИЕ СДВИГА ФАЗ

Назначение – количественное определение угла сдвига фаз между током и напряжением ()

или коэффициента мощности (cos ).
^

Принцип действия


индуктивность и угол между подвижными рамками подобраны так, что угол отклонения рамок равен углу сдвига фаз тока и напряжения нагрузки.
^

Математическая модель


Мвр=М(,) ; Мпр=М(,), когда Мвр= Мпр,  = 

- угол отклонения рамок (стрелки)

-сдвиг фаз между напряжением и током нагрузки

 - сдвиг фаз между напряжением и током через индуктивность

^ 3. ИЗМЕРЕНИЕ ЧАСТОТЫ

Назначение – количественное определение частоты

Схема

Принцип действия -токи в ветвях логометра распределяются обратно пропорционально их реактивным сопротивлениям, которые по разному зависят от частоты.





^ 4. ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ АКТИВНОЙ

4.1. В однофазной сети

С
Zн большое Zн малое

по сравнению с сопротивлением токовой обмотки


Л1 Л2
хемы



И1 И2





Zн

А



Х

а


х















4.2. В трехфазной сети






^ 5. ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ РЕАКТИВНОЙ




5.1. Одним ваттметром










х














Принцип измерения

Ваттметр показавает реактивную мощность, т.к. сдвиг фазы между током IA и напряжением UBC составляет 90о.
^

Математическая модель


P= UBC IAcos(UBC IA)=UЛIЛcos(90-) = UЛIЛsin = Q=3Р

Q - реактивная мощность 3 фазной нагрузки; Р – показание ваттметра

5.2. Двумя ваттметрами
^

Математическая модель


Р12 = 2UЛIЛsin

^

6. ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ


Схемы и принципы те же, что при измерении мощности, математические модели отличаются только тем, что вместо мощности измеряется ее интеграл по времени.


^ Тема 9 РЕГИСТРИРУЮЩИЕ ПРИБОРЫ (РП)

понятия; преобразователи; регистрирующие органы; приборы


  1. ПОНЯТИЯ

Регистрирующий прибор – выполняет запоминание и представление величины, изменяющейся во времени.

РП выполняет три операции:

1. преобразует значение величины (напряжения, тока) в положение чего-то ( стрелки, каретки) в пространстве, 2. преобразует значение времени в положение чего то (след на бумаге, состояние триггеров) в пространстве,

3. представляет эти пространственные положения в наглядном (способном восприниматься зрением) виде - посредством регистрирующего органа (РО)

2. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

2.1. Преобразователи величины

Два типа:

А. те, что рассмотрены выше: магнитоэлектрические (тема 4), аналого-цифровые (тема 8) преобразователи


^ Б. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА СРАВНЕНИЯ

Схема



Особенности 1.повышенная точность (класс 0,250,5) благодаря наличию интегрирующего элемента - Д;

Назначение

преобразовать значение напря-жения или тока в положение стрелки и РО.

^ Принцип действия

от измеряемого напряжения вычитается напряжение обрат-ной связи по положению (ОС), разница усиливается и поступает на двигатель (Д). Д вращаясь преобразует напряжение в координату (положение в пространстве) элементов: 1. стрелки, 2. РО (например, струи краски) и 3. датчика ОС -преобразователя координаты в напряжение (см. тему 11) .

2. повышенная мощность регистрирующих устройств;



2.2. Преобразователи времени – движущаяся лента

Схема



Принцип действия

двигатель обеспечивает постоянную скорость движения ленты, в результате координата в направлении скорости является координатой времени

Математическая модель

x=vdt, при v=const x t



^ 3. РЕГИСТРИРУЮЩИЕ ОРГАНЫ

3.1.Чернильный контактный

Схема



Принцип действия

чернила вытекают из трубки, оставляя след на бумаге

Особенность

1.необходимость специальных чернил;

2.большая ширина следа (инструментальная погрешность)

3.возможность засорения отверстия.


3.2. Чернильный струйный

Схема



Принцип действия

понятен из рисунка

Особенности

1.повышенное быстродействие;

2.малые усилия для перемещения РО.


Вариант:

Схема



Принцип действия

струя чернил, измельченная вибрацией, проходит между пластинами, на которые подается ЭДС Е, пропорциональная измеряемому напряжению. Под действием Е струя отклоняется.


Особенность

высокое быстродействие (до 1кГц)


^ 4. ПРИБОРЫ ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ (РП)

4.1.Самопишущий РП

Схема - совокупность измерительного устройства сравнения, движущейся ленты и

чернильного РО.

Назначение - регистрация электрических величин, изменяющихся с частотой до 1 Гц.


4.2. Быстродействующий самопишущий РП

^ Схема - совокупность магнитоэлектрического преобразовательного устройства, движущейся ленты и чернильного РО.

Назначение - регистрация электрических величин, изменяющихся с частотой до 200 Гц.

При изучении этой части курса следует обратиться к учебнику Метрологія та вимірювальна техніка. За редакцією проф. Є.С.Поліщука. Львів.-“Бескид Біт”.-2003. Темы изложены на стр. 120309 .


Скачать файл (391.1 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации