Приборы термоэлектрической системы

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 8Следующая ⇒

Устройство. Приборы состоят из термоэлектрического преобразователя (нагревателя и термопары), соединенного с измерительным механизмом магнитоэлектрической системы.

Термопреобразователи бывают контактные, бесконтактные и многоэлементные, содержащие несколько термопар для получения большей термо-э.д.с. В контактном преобразователе нагреватель и термопара соединяютсяпосредством сварки или пайки. В бесконтактном преобразователе нагреватель и термопара разделены изолятором – стеклом, фарфором, окисью тантала и т. д. Для повышения чувствительности и уменьшения излучения тепла термопреобразователи помещают в стеклянный баллон, в котором создают вакуум.

Нагреватель изготавливают из платиноиридиевой, нихромовой или константановой проволоки.

Принцип действия. Измеряемый ток, проходя по нагревателю, подогревает место соединения термопары, на концах которой создается э.д.с., зависящая от разности температур места соединения термопары и её свободных концов. Под действием э.д.с. в цепи измерителя протекает постоянный ток.

Шкала прибора квадратична, а её начальный участок, составляющий примерно 20% всей шкалы, для отсчета не используют.

Схема включения зависит от рода измеряемой величины. При измерениях токов и напряжений приборы включают по схемам включения амперметров и вольтметров.

Достоинства. Общими достоинствами приборов этой системы являются:

- пригодность к использованию в цепях переменного и постоянного токов;

- независимость показаний от формы кривой тока или напряжения;

- широкий частотный диапазон;

- высокая чувствительность.

Недостатки:

- малая перегрузочная способность;

- малый срок службы термопар;

- зависимость показаний от температуры окружающей среды;

- невысокая точность.

Контактные термопреобразователи обладают высокой чувствительностью, но развивают небольшую термо-э.д.с., зависящую от направления тока. Безконтактные преобразователи не имеют указанного недостатка, но их чувствительность ниже, чем у контактных, а тепловая инерция довольно велика.

Область применения. Приборы применяют в основном для измерения высокочастотных токов в контурах и антеннах, в цепях высокой и звуковой частот. В качестве вольтметров приборы применяются реже из-за трудностей изготовления безреактивных добавочных сопротивлений.

Маркировка приборов

Чтобы получить представление об особенностях прибора, не изучая техническое описание и паспорт, на шкалу и частично на лицевую панель прибора наносят маркировку. В связи с этим на приборах, используя условные обозначения, указывают:

- род измеряемой величины (напряжение, ток, мощность, т. п.);

- систему и класс точности прибора;

- группу зависимости от условий эксплуатации (А – для работы в сухих отапливаемых помещениях; Б – в закрытых неотапливаемых помещениях; В₁ – в полевых и В₂ – в морских условиях);

- категорию защищенности от электрических и магнитных полей (I или II в зависимости от этих влияний с допускаемыми изменениями класса точности);

- стандарт, по которому изготовлен прибор;

- рабочее положение шкалы прибора;

- испытательное напряжение;

- номинальную частоту тока, если она не равна 50 Гц;

- номинальные ток и напряжение;

- номинальную температуру, если она не равна 20 °С;

- тип (шифр) прибора, год выпуска и заводской номер, фабричную марку завода-изготовителя.

В приложении А приведены условные обозначения, наносимые на лицевую панель приборов.

Авометр

Ампервольтомметры (авометры) получили наибольшее распространение среди переносных приборов. Они являются комбинированными приборами, предназначенными для измерений постоянных и переменных токов и напряжений, а также электрических сопротивлений в широких пределах. Наиболее совершенные приборы позволяют дополнительно измерять емкости, импульсные токи и уровни передачи.

Схемы авометров представляют собой сочетание в различных комбинациях многопредельных амперметров, вольтметров и омметров. Отсчет всех видов измеряемых величин производится по разным шкалам общего стрелочного магнитоэлектрического измерителя (микроамперметра) с током полного отклонения 50 - 200 мкА. Для повышения чувствительности в некоторых приборах применяют усилители постоянного тока. Предельные значения измеряемых токов для большинства авометров составляют от нескольких единиц миллиампер до 10 А, напряжений – от 10 мВ до 1000 В, сопротивлений – от нескольких Ом до 10 МОм.

Внешний вид и принципиальная схема прибора Ц4312 представлены на рис. 9 и 10. Преобразователь переменного тока в постоянный (рис. 10) состоит из диодов VD1, VD2 и резисторов R1, R2. Для переключения измерительных цепей служит сопряженный переключатель S1 с передвижными контактами S1.1 и S1.2. Измеряемые цепи подключают к входным зажимам 1 и 2.

При измерении переменного напряжения создается цепь: входной зажим 1, резистор R4, контакт S1.1 переключателя S1, VD2, R2, S1.2, микроамперметр mА, RЗ и входной зажим 2. При измерении постоянного напряжения контакт S1.1 подключает R12 к измерителю. При измерении тока цепь измерителя (mА, RЗ и R6, соединенные последовательно) подключают параллельно шунту R5.

При переключении S1.1 в положение «W» к омметру подключается гальванический элемент GВ1, при переключении в положение «kW» – еще один элемент GВ2. Переменный резистор R7 используют для установки стрелки омметра на нулевую отметку шкалы. Остальные резисторы схемы
служат для изменения пределов измерений.

Прибор Ц4312 измеряет постоянные токи от 0, 3 мА до 6 А (девять пределов измерений), постоянные напряжения от 75 мВ до 900 В (10 пределов), переменные токи от 1, 5 мА до 6 А (восемь пределов), переменные напряжения от 0, 3 до 900 В (девять пределов) сопротивления постоянному току от нескольких Ом до 3 МОм. Класс точности прибора при измерениях на постоянном токе 1, 0, на переменном – 1, 5.

Перед измерением такие приборы обычно устанавливают в горизонтальное положение. Указатель (стрелку прибора) устанавливают корректором на начальные отметки шкал. Общий зажим прибора «*» заземляют при измерениях на повышенных частотах. Включение приборов в измеряемую цепь производят с помощью прилагаемых к приборам соединительных проводов с наконечниками и зажимами.

При измерении тока переключатель «род работы» устанавливают в положение «–» (постоянный ток) или «~» (переменный ток). Предел измерения устанавливают в зависимости от ожидаемого значения измеряемой величины. Если последняя неизвестна, то устанавливают максимальный предел измерения тока. Прибор включают в цепь с помощью соединительных проводов, подключаемых к зажимам «–» и «I». Отсчет измеряемой величины производят по шкале, обозначенной знаком «–» при постоянном токе или «~» при переменном.

Напряжения измеряют в такой же последовательности, только переключатели устанавливают в положение постоянных или переменных напряжений U.

Сопротивления постоянному току до 300 кОмизмеряют при питании прибора от сухого элемента с напряжением 1, 5 В, установленного внутри прибора. Переключатель устанавливают в положение «r_x». Соединительные провода присоединяют к гнезду «+r_x» и к одному из гнезд «x1», «x10» и «x100» в зависимости от ожидаемого значения измеряемого сопротивления. Соединительные провода замыкают накоротко. Вращением регулятора «Уст. 0» стрелку прибора устанавливают на нулевую отметку шкалы «W». Если это не удается, меняют сухой элемент и повторяют операции. После регулировки соединительные провода размыкают и с помощью наконечников подключают их к измеряемому сопротивлению. Отсчет измеряемой величины производят по шкале «W» с умножением показаний на установленный множитель.

При измерениях сопротивлений на пределе 3 МОм источником питания служит наружная батарея 11, 5 - 15 В. Батарею подключают положительным полюсом к зажиму «+r_x», отрицательным – к гнезду «x1000». Вращением регулятора «Уст. 0» стрелку прибора устанавливают на нулевую отметку шкалы «W». Положительный полюс батареи отключают от зажима «+r_x» и между полюсом батареи и зажимом включают измеряемое сопротивление. Отсчет производится по шкале «W» с умножением показаний на 1000.

В некоторых авометрах предусматривают возможность измерения уровня передачи по напряжению или мощности. Уровни передачи делят на абсолютные и относительные.

При измерении абсолютных уровней передачи измеряемые напряжение U₂ или мощность Р₂ сравнивают с исходными значениями напряжения U₀ = 0, 775 В или мощности P₀ = 1 мВт:

или .

Уровни передачи измеряют в относительных логарифмических единицах – децибелах.

При измерении относительных уровней сравнивают напряжения или мощности в различных точках измеряемой цепи:

или .

Если в авометрах предусмотрена возможность измерения уровня передачи, то, как правило, ими измеряют абсолютные уровни по напряжению. Шкалу градуируют в децибелах, нуль шкалы соответствует напряжению 0, 775 В.

Погрешности

Любое измерение выполняется приближенно, т.е. с некоторой погрешностью. Погрешности характеризуются разностью между измеренным и истинным значениями измеряемой величины. Различают погрешности:

- средств измерений;

- измерений.

Погрешность измерений определяется в результате обработки результатов измерений. Методика обработки зависит от числа измерений.

Погрешность измерительного прибора определяется поверкой, т.е. сравнением показаний поверяемого прибора (меры) с показаниями более точного образцового прибора (меры) при измерении ими одной и той же величины.

По способу числового выражения различают абсолютные погрешности измерений D, выраженные в единицах измеряемой величины, относительные d, и приведенные выраженные в процентах.

, (1)

, (2)

где измеренное значение величины;

истинное значение.

Приведенная погрешность выражается в процентах от наибольшего значения рабочей шкалы прибора:

. (3)

В процессе измерений необходимо оценить те погрешности, устранить которые не удается. Если погрешности измерений известны, то результат записывают в виде: или .

Поверка средств измерений

Поверка средств измерений –совокупность операций, выполняемых органами Государственной метрологической службы или другими уполномоченными на то органами и организациями с целью определения и подтверждения соответствия средств измерений установленным техническим требованиям.

Поверке подвергаются средства измерений:

- при выпуске из производства;

- после ремонта;

- при ввозе по импорту;

- в процессе эксплуатации.

В связи с этим различаю следующие виды поверок:

- первичная;

- периодическая;

- внеочередная;

- экспертная;

- инспекционная.

Калибровка отличается от поверки лишь тем, что совершается в отношении над средствами измерения, не подлежащими государственному метрологическому контролю и надзору. В отличие от поверки калибровка носит добровольный характер.

Допускается применение четырех методов поверки (калибровки):

- непосредственное сличение с эталоном;

- сличение с помощью компаратора;

- прямые измерения величины;

- косвенные измерения величины.

В лабораторной работе поверка производится методом прямых измерений. Суть метода заключается в сличении испытуемого прибора с эталонным на оцифрованных делениях шкалы в определенных пределах измерений. Измерения производят в двух направлениях: сначала значение измеряемой величины повышают от нуля до номинального (максимального) значения , затем, наоборот, снижают от до нуля. Устанавливают такие значения параметра, которые совпадают с оцифрованными значениями рабочей шкалы поверяемого прибора (рис. 11). Значение измеряемой величины, определяемое по образцовому прибору, считают действительным значением . Затем для каждого измерения рассчитывают погрешность и по максимальному значению определяют действительный класс точности прибора ( ).

Измерительные приборы делятся по точности на восемь классов: 0, 05; 0, 1; 0, 2; 0, 5; 1, 0; 1, 5; 2, 5; 4, 0. Класс прибора определяет наибольшую допустимую погрешность в рабочей части шкалы. Например, если максимальное значение , то класс точности поверяемого прибора – 1, 0.

Порядок выполнения работы:

1) изучить теоретический материал, относящийся к данной лабораторной работе;

2) изучить маркировку на лицевой панели лабораторных приборов;

3) измерить электрическое сопротивление:

- подключить соединительные провода к зажимам, обозначенным «*» и «V, мА, kW»;

- установить переключатель «тип измерений» в положение «r_x»;

- установить переключатель «предел измерений» в положение «kW» с множителем «x1», либо «x10», либо «x100» в зависимости от ожидаемого значения;

- проверить (перед измерением) установку стрелки прибора в «нулевое положение», для чего перемкнуть между собой соединительные провода и вращением ручки «Уст. 0» добиться нулевых показаний по шкале; значение сопротивления в килоомах отсчитываются по шкале, обозначенной «kW» и умножаются на соответствующий множитель;

- непосредственно измерить величину сопротивления, набранную на магазине сопротивлений (порядка нескольких килоом);

4) измерить переменное напряжение:

- установить переключатель «тип измерений» в положение «~»;

- установить переключатель «предел измерений V» на максимальное значение напряжения;

- подключить авометр к источнику измеряемого напряжения (к измерительному генератору);

- вращением переключателя «предел измерений V» постепенно снизить значение предела измерений, до тех пор, пока стрелка прибора не окажется во второй части шкалы;

- значение напряжения , В, отсчитывается по шкале, обозначенной «V, мА», с учетом множителя «x1» или «x2»

где количество делений;

цена деления, В/дел ( , где максимальное значение напряжения, В;

максимальное число делений шкалы);

5) измерить постоянное напряжение, вырабатываемое источником постоянного тока «Агат»:

- установить переключатель «тип измерений» в положение «-»;

- далее необходимо следовать тем же правилам, что и при измерении переменного напряжения;

6) измерить силу постоянного тока:

- установить переключатель «тип измерений» в положение «-»;

- переключатель «предел измерений мА» установить на максимальное значение силы тока;

- собрать схему измерений в соответствии с рис. 12;

- вращением переключателя «предел измерений мА» постепенно снизить значение предела измерений, до тех пор, пока стрелка прибора не окажется во второй части шкалы;

- значение силы тока , мА, отсчитывается по шкале, обозначенной «V, мА», с учетом множителя «x1» или «x2»

где количество делений;

цена деления, мА/дел ( , где максимальное значение силы тока, мА;

максимальное число делений шкалы);

7) результаты измерения сопротивления, напряжения и силы тока оформить в виде табл. 1, определить наибольшую абсолютную погрешность

Таблица 1

Измеряемый параметр	Значение	Класс точности g_к._п.	Максимальное значение А_m	Погрешность D_max, %
R			-	-
U_~
U₋
I₋

8) произвести калибровку прибора Ц4317М:

- собрать схему проведения калибровки (рис. 12), подключив в нее поверяемый (калибруемый) миллиамперметр (во избежание перегрузки источника питания «Агат» установить R≠ 0);

- рекомендуется процедуру калибровки проводить по току в диапазоне от нуля до 5 мА; регулируя сопротивление магазина R, установить стрелку поверяемого (калибруемого) прибора на минимальное оцифрованное деление ;

- не изменяя значение R, вместо поверяемого (калибруемого) миллиамперметра подключить образцовый прибор, показания которого зафиксировать в табл. 2;

- сравнить показания образцового (эталонного) и поверяемого (калибруемого) приборов, рассчитать приведенную погрешность ;

- аналогично провести измерения и расчет для остальных оцифрованных делений поверяемого прибора (сначала в сторону увеличения величины тока до максимального значения , затем от в сторону уменьшения);

- результаты калибровки оформить в виде табл. 2;

Таблица 2

i	Показания прибора	A_m, мА	g_пр, %
поверяемого A_i, мА	образцового A_д, мА

Примечание: i – число измерений.

- по максимальному значению определить класс точности прибора, сравнить его указанным на лицевой панели, сделать вывод о пригодности средства измерения к применению.

Отчет должен содержать:

1) цель работы;

2) краткие сведения и устройство приборов различных систем;

3) принципиальную схему авометра;

4) таблицы с результатами измерений и выводы.

Контрольные вопросы

1. Каковы правовые аспекты метрологической деятельности?

2. Каково устройство и принцип действия приборов магнитоэлектрической системы?

3. Каково устройство и принцип действия приборов электромагнитной системы?

4. Каково устройство и принцип действия приборов электродинамической системы?

5. Каково устройство и принцип действия приборов ферродинамической системы?

6. Каково устройство и принцип действия приборов электростатической системы?

7. Каково устройство и принцип действия приборов термоэлектрической системы?

8. Чем образован вращающий и противодействующий момент в приборах различных систем?

9. Какие из рассматриваемых систем реагируют на полярность тока?

10. Расскажите о маркировке приборов.

11. Каково назначение и устройство авометра?

12. Как установить стрелку авометра в нулевое положение?

13. Для чего служит корректор:

14. Приведите классификацию погрешностей.

15. Дайте понятие классу точности.

16. Что такое децибел?

17. Дайте понятие калибровке и поверке.

18. Расскажите о методах и схемах поверки.

Приложение А

Обозначение принципа действия приборов

Обозначение по виду преобразователя

Примеры обозначения знаков от 1 до 25

Примеры применения обозначений по защите от магнитных

и электрических влияний

Обозначение рода тока

Примеры обозначения трехфазных ваттметров, варметров

и фазометров

Обозначение рабочего положения прибора

Примеры обозначений

Обозначение класса точности, прочности изоляции и знака " Внимание! "

Обозначение зажимов

Лабораторная работа №2 «Мосты переменного тока»

Цель работы: изучить мостовой метод исследования параметров двухполюсников, исследовать работу измерительного моста переменного тока Е7-11

Приборы: универсальный измеритель Е7-11, магазин емкостей Р5025, катушка индуктивности.

Содержание работы:

6) изучить метод и схемы измерения емкостей и индуктивностей мостом переменного тока

7) произвести измерение емкости и тангенса угла потерь конденсатора и индуктивности и добротности катушки универсальным мостом переменного тока;

8) оценить истинное значение на основании ограниченного ряда измерений

Теоретическая часть

Общие сведения

Основными параметрами элементов и цепей с сосредоточенными параметрами являются сопротивления резисторов, емкость конденсаторов, тангенс угла потерь конденсаторов, индуктивность и добротность катушки, взаимоиндуктивность двух катушек, сопротивление колебательного контура, входное сопротивление цепи. Наиболее часто отечественные электронные измерители параметров цепей обозначают Е6 – Е7 и буквой Р.

В общем случае сопротивление цепи – комплексная величина (часто обозначение модуля и точку над опускают). Сопротивление называют активным, если оно содержит только действительную составляющую, т. е. , , . В электрических схемах роль активного сопротивления выполняет резистор . Сопротивление емкости и индуктивности носит реактивный характер, т.к. содержит только реактивную составляющую т. е. , , , . При измерений емкостного и индуктивного сопротивления имеют дело не с самой комплексной величиной, а с её модулем: , .

Фаза в выражении показывает опережение или отставание фазы напряжения относительно фазы тока. Так в цепи емкости фаза напряжения отстает от фазы тока на 90⁰, а в цепи индуктивности, наоборот, напряжение опережает ток на 90⁰. Ток, протекающий через активное сопротивление, совпадает по фазе с напряжением на нем. Таким образом, колебания токов (напряжений) для емкости и индуктивности находятся в противофазе (табл. 1).

Таблица 1

Сопротивление элементов

Элемент

Каждый реальный конденсатор может быть заменен схемой замещения в виде идеального конденсатора емкостью , соединенного с активным сопротивлением, поглощающим такую же мощность, как и реальный конденсатор с потерями. Иначе говоря, потери в конденсаторе обусловлены наличием активной составляющей сопротивления. Это активное сопротивление потерь можно представить включенным последовательно с емкостью (для конденсаторов с малыми потерями, рис. 1, а), или параллельно (для конденсаторов с большими потерями, рис. 1, в).

Потери в конденсаторе принято оценивать тангенсом угла потерь . Угол представляет собой угол, который дополняет до 90^о угол сдвига фаз между током, протекающим в цепи конденсатора, и напряжением на нем.

В случае конденсатора с малыми потерями (обычно конденсатор небольшой емкости, рис. 1, б) величина потерь определяется из выражения для последовательного соединения элементов

Разделив действительную составляющую на мнимую, получим выражение для тангенса угла потерь

Схема замещения конденсатора с большими потерями (конденсатор большой емкости с твердым диэлектриком, рис. 1, г) предполагает параллельное соединение элементов,

Преобразовав выражение, получим

Отсюда

Мосты переменного тока

Мостовые измерительные схемы относят к уравновешенным цепям, в которых ток или напряжение на определенных участках цепи приводится к нулевому значению путем изменения соотношения между значениями измеряемой и образцовой величин. Приведение к нулевому значению называют уравновешиванием, или балансировкой моста.

Мостовые схемы широко применяют для измерения параметров индуктивностей , емкостей и сопротивлений . Наибольшее распространение имеет схема четырехплечего моста (рис. 2), сопротивления которого в общем случае носят комплексный характер

, , ,

Условие равновесия моста переменного тока будет определяться двумя уравнениями

. (для амплитуд),

(для фаз).

Обычно в мостах переменного тока два плеча состоят из активных сопротивлений, а два других плеча являются комплексными сопротивлениями и . Плечо моста с комплексным сопротивлением известно и называется образцовым, а – неизвестно.

Для выполнения условий равновесия необходимо наличие в плечах моста двух элементов с регулируемыми параметрами: одного активного сопротивления, а другого реактивного элемента. Поскольку изготовление высокодобротных образцовых катушек вызывает определенные трудности, то в качестве образцовой меры в мостах переменного тока применяется конденсатор. Плечо является плечом измерений пределов при всех видах измерений. В качестве сопротивления плеча используют активное сопротивление .

Измерение емкости осуществляют схемой с отношением балансных плеч: и – активные балансные, – образцовое, а – измеряемое. А индуктивность измеряют схемой с произведением балансных плеч: и – активные балансные, – образцовое, а – измеряемое

В мостах переменного тока обычно используют генераторы переменного напряжения с частотами 100 и 1000 Гц.

Мостовой метод применяется и для измерения параметров электролитических конденсаторов. В этом случае переменное напряжение подается через понижающий трансформатор. Для поляризации конденсаторов в схему моста (рис. 3, а) подается дополнительное постоянное напряжение, примерно равное рабочему напряжению конденсатора .

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 8 Следующая ⇒