Измерение относится к познавательной деятельности человека. Результат измерения возникает не в виде материальных ценностей, а в форме новых знаний и информаций. Измерением называется процесс сравнения физической величины Х с ее единицей М, результат которого выражается числом N. Тогда результат измерения можно выразить следующим образом:
Х = NM, (1)
где N – безразмерное число; Х и М – величины одинаковой размерности.
Для выполнения измерения необходимы средства измерения, к которым относятся:
а) Меры – технические средства, служащие для конкретного, вещественного воспроизведения единицы физической величины (Вольт, Ом, Генри, Фарада и т.д.);
б) Измерительные приборы – технические средства, используемые для осуществления процесса измерения (вольтметры, амперметры и т.д.);
в) Измерительные преобразователи- технические средства, служащие для расширения возможностей использования измерительных приборов (шунты, добавочные сопротивления, делители напряжения и т.д.).
В зависимости от выполняемой роли, электроизмерительные приборы разделяются на две категории:
а) рабочие средства измерений, используемые в производственных и лабораторных условиях;
б) образцовые средства измерений, используемые для градуировки и периодической поверки рабочих средств измерений.
Образцовые приборы выполняются с предельной точностью, достижимой при данном уровне науки и техники. Они служат для хранения и воспроизведения единиц физических величин, называемых эталонами.
В науке и технике используется большое количество разнообразных приборов. Для удобства выбора и повышения эффективности использования приборы классифицируются по различным признакам. Область применения прибора определяется прежде всего принципом его действия, т.е. теми физическими явлениями, заложенными в конструкцию прибора. Поэтому принципу действия электроизмерительные приборы бывают магнитэлектрическими, электромагнитными, электродинамическими, ферродинамическими и др. системами. По роду измеряемой величины приборы делятся на измерители тока (амперметры), напряжения (вольтметры), мощности (ваттметры), сопротивления (омметры) и другие.
По способу получения выходной величины все электроизмерительные приборы подразделяют на аналоговые и цифровые. В аналоговых приборах выходная величина является непрерывной функцией входной величины. В цифровых приборах выходная величина получается в числовой форме. По способу выдачи измерительной информации приборы делятся на показывающие (допускающие считывание показаний с отсчетного устройства) и регистрирующие (допускающие запись показаний в функции во времени).
По способу использования электроизмерительных приборов, различают методы прямого, косвенного и сравнительного измерения. При прямом измерении искомое значение величины определяют непосредственно по показанию прибора (напр., измерение тока амперметром). При косвенном измерении искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям (напр., определение мощности по показаниям амперметра и вольтметра). Метод сравнения состоит в том, что измеряемая величина в процессе измерения сравнивается с другой величиной, воспроизводимой мерой.
Важнейшей характеристикой измерительного прибора является его точность, которую принято оценивать с помощью погрешностей показаний прибора. Различают абсолютную, относительную и приведенную погрешности. Абсолютной погрешностью прибора называют разность между показанием прибора Аi и действительным значением измеряемой величины А0:
D = Аi – А0 (2)
Поскольку действительное значение измеряемой величины никогда не бывает однозначно известным, то вместо него принимают среднее арифметическое значение искомой величины из множества (n) измерений:
(3)
Относительной погрешностью называется выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности к показанию прибора Аi:
(4)
Приведенной погрешностью прибора называют выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности к номинальному значению предела измерения прибора Аном:
(5)
Если положить, что D = const в пределах всей шкалы прибора, то относительная погрешность изменяется от бесконечности до приведенной. Последняя, независимо от угла поворота стрелки, остается постоянной по всей шкале. Поэтому по величине приведенной погрешности определяют класс точности прибора. Различают 9 классов точности: 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5 и 4,0.
Рис. 1. Структура прибора прямого действия
В технике наибольшее распространение получили простые по конструкции и достаточно надежные аналоговые измерительные приборы непосредственного отсчета. Любой такой прибор состоит из измерительного механизма (ИМ) и измерительной цепи (ИЦ) (рис. 1). Измерительный механизм осуществляет преобразование электрической величины У в механическую α. При этом часто измеряемая величина Х отличается от величины, действующей в электрической цепи измерительного механизма. Преобразование величины Х в величину У осуществляется в измерительной цепи прибора. Измеряемая электрическая величина У создает вращающий момент Мвр, приводящий во вращение измерительный механизм. Кроме того, в измерительных механизмах предусматриваются устройства, создающие противодействующий момент Мпр, направленный против вращающего момента. Вращение измерительного механизма прекратится только при равенстве вращающего и противодействующего моментов:
Мвр = Мпр (6)
Среди аналоговых электроизмерительных приборов широкое распространение получили электромеханические приборы магнитоэлектрической системы. Основными элементами приборов этой системы являются постоянный подковообразный магнит, между полюсами которого устанавливается легкая подвижная катушка в виде рамки. Через катушку пропускается измеряемый электрический ток. Взаимодействие возникающего вокруг рамки магнитного поля с полем постоянного магнита создает вращающий катушку момент. Установленная на оси рамки стрелка вращается вместе с ней, отсчитывая число делений по шкале прибора.
Вращение рамки прекратиться при выполнении условия (6), на основе которого определяется уравнение движения стрелки приборов и, следовательно, вид шкалы прибора:
a = SI, (7)
где S = a/I называют чувствительностью прибора. В данном случае шкала прибора равномерная. Катушка измерительного механизма изготавливается на токи не более 50 mкА. При измерении токов более 50 мкА к измерительному механизму подключают шунт Rш для расширения предела измерения (рис. 2, а):
Rш=Ru/(m-1) (8)
где Ru – сопротивление рамки измерительного механизма;
m = Iх / Iн, – кратность расширения;
Iн – номинальный ток прибора;
Ix – измеряемый ток в цепи.
В вольтметрах измерительный механизм включается последовательно с добавочным резистором R1 (рис. 2, б):
R1 = (n – 1)RU, (9)
где 
Uн – номинальное напряжение измерительного механизма;
UX – новый предел измерения прибора.
а) б)
Рис. 2. Принципы расширения пределов измерения приборов магнито-электрической системы
Промышленность выпускает многопредельные приборы, содержащие несколько шунтов и добавочных сопротивлений. Особенностью приборов магнитоэлектрической системы является то, что на их основе можно построить комбинированные приборы в виде многопредельных амперметров и вольтметров постоянного и переменного токов и напряжений в сочетании с омметром. Отдельные из них снабжаются схемами для измерения емкостей конденсаторов или параметров транзисторов. Именно таким является прибор типа Ц4342, используемый в данной работе. Для использования приборов этой системы в качестве омметра собирают схему, изображенную на рис. 3.
Рис. 3. Последовательная схема омметра
После короткого замыкания щупами клемм RX = 0, ток в цепи равен
(10)
С помощью R2 в цепи устанавливается ток, равный номинальному току измерительного механизма
I = Iном
В дальнейшем, разомкнув клеммы RХ, сюда можно подключить резистор с заранее известным сопротивлением. Ток в цепи при этом станет меньше, чем в предыдущем случае:
(11)
Постепенно увеличивая значения RХ, можно проградуировать шкалу прибора в единицах сопротивления, т.е. прибор в этом случае будет служить омметром, нулевое деление шкалы которого располагается справа, а нулевому току в цепи соответствует бесконечное значение сопротивления RХ = ∞, что означает разрыв цепи. Следовательно, шкала омметра в этом случае является обратной по отношению к шкалам амперметра и вольтметра. Для измерения малых сопротивлений измеритель-ную цепь прибора можно перестроить так, что нулевое деление омметра совпадает с нулем шкалы амперметра, т.е. будет находиться слева.
Внимание: При работе в режимах омметра (Ω) или килоомметра (к Ω) нельзя надолго оставлять прибор во включенном состоянии во избежания быстрого разряда элементов питания!
Библиографическая ссылка
Мукашев К.М., Шадинова К.С., Жусипбекова Ш.Е., Джаханова Б.Н., Жакипова Ш.А., Есентаев К.У., Чанбаева М.К., Баракова А.Ш., Жыланбаева Б.К., Утебаев У.Б. КОМБИНИРОВАННЫЙ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2016. – № 5-3. – С. 378-381;URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=9258 (дата обращения: 16.04.2024).