Сайт о телевидении

Объектами электрических измерений являются все электрические и магнитные величины: ток, напряжение, мощность, энергия, магнитный поток и т. д. Определение значений этих величин необходимо для оценки работы всех электротехнических устройств, чем и определяется исключительная важность измерений в электротехнике.

Электроизмерительные устройства широко применяются и для измерения неэлектрических величин (температуры, давления и т. д.), которые для этой цели преобразуются в пропорциональные им. электрические величины. Такие методы измерений известны под общим названием электрических измерений неэлектрических величин. Применение электрических методов измерений дает возможность относительно просто передавать показания приборов на дальние расстояния (телеизмерение), управлять машинами и аппаратами (автоматическое регулирование), выполнять автоматически математические операции над измеряемыми величинами, просто записывать (например, на ленту) ход контролируемых процессов и т. д. Таким образом, электрические измерения необходимы при автоматизации самых различных производственных процессов.

В Советском Союзе развитие электроприборостроения идет параллельно с развитием электрификации страны и особенно быстро после Великой Отечественной войны. Высокое качество аппаратуры и необходимая точность измерительных приборов, находящихся в эксплуатации, гарантируются государственным надзором за всеми мерами и измерительными приборами.

12.2 Меры, измерительные приборы и методы измерения

Измерение любой физической величины заключается в ее сравнении посредством физического эксперимента с принятым за единицу значением соответствующей физической величины. В общем случае для такого сопоставления измеряемой величины с мерой - вещественным воспроизведением единицы измерения - нужен прибор сравнения. Например, образцовая катушка сопротивления применяется как мера сопротивления совместно с прибором сравнения - измерительным мостом.

Измерение существенно упрощается, если есть прибор непосредственного отсчета (называемый также показывающим прибором), показывающий численное значение измеряемой величины непосредственно на шкале или циферблате. Примерами могут служить амперметр, вольтметр, ваттметр, счетчик электрической энергии. При измерении таким прибором мера (например, образцовая катушка сопротивления) не нужна, но мера была нужна при градуировании шкалы этого прибора. Как правило, у приборов сравнения выше точность и чувствительность, но измерение приборами непосредственного отсчета проще, быстрее и дешевле.

В зависимости от того, как получаются результаты измерения, различают измерения прямые, косвенные и совокупные.

Если результат измерения непосредственно дает искомое значение исследуемой величины, то такое измерение принадлежит к числу прямых, например измерение тока амперметром.

Если измеряемую величину приходится определять на основании прямых измерений других физических величин, с которыми измеряемая величина связана определенной зависимостью, то измерение относится к косвенным. Например, косвенным будет измерение, сопротивления элемента электрической цепи при измерении напряжения вольтметром и тока амперметром.

Следует иметь в виду, что при косвенном измерении возможно существенное снижение точности по сравнению с точностью при прямом измерении из-за сложения погрешностей прямых измерений величин, входящих в расчетные уравнения.

В ряде случаев конечный результат измерения выводился из результатов нескольких групп прямых или косвенных измерений отдельных величин, причем исследуемая величина зависит от измеренных величин. Такое измерение называют совокупным. Например, к совокупным измерениям относится определение температурного коэффициента электрического сопротивления материала на основании измерения сопротивления материала при различных температурах. Совокупные измерения характерны для лабораторных исследований.

В зависимости от способа применения приборов и мер принято различать следующие основные методы измерения: непосредственного измерения, нулевой и дифференциальный.

При пользовании методом непосредственного измерения (или непосредственного отсчета) измеряемая величина определяется путем

непосредственного отсчета показания измерительного прибора или непосредственного сравнения с мерой данной физической величины (измерение тока амперметром, измерение длины метром). В этом случае верхним пределом точности измерения является точность измерительного показывающего прибора, которая не может быть очень высокой.

При измерении нулевым методом образцовая (известная) величина (или эффект ее действия) регулируется и значение ее доводится до равенства со значением измеряемой величины (или эффектом ее действия). При помощи измерительного прибора в этом случае лишь добиваются равенства. Прибор должен быть высокой чувствительности, и он именуется нулевым прибором или нуль-индикатором. В качестве нулевых приборов при постоянном токе обычно применяются магнитоэлектрические гальванометры (см. § 12.7), а при переменном токе - электронные нуль-индикаторы. Точность измерения нулевым методом очень высока и в основном определяется точностью образцовых мер и чувствительностью нулевых приборов. Среди нулевых методов электрических измерений важнейшими являются мостовые и компенсационные.

Еще большая точность может быть достигнута при дифференциальных методах измерения. В этих случаях измеряемая величина уравновешивается известной величиной, но до полного равновесия измерительная цепь не доводится, а путем прямого отсчета измеряется разность измеряемой и известной величин. Дифференциальные методы применяются для сравнения двух величин, значения которых мало отличаются один от другого.

ЭЛЕКТРОННОЕ УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ

ИЗМЕРЕНИЯ»

Выполнила:

преподаватель КНТ Архипова Н.А.

Кстово 2015

Рассмотрено на ПЦК

электротехнических дисциплин

«___»_________20___ г.

Протокол №_________

Председатель ПЦК Н.И. Фомочкина

Утверждено

на методическом

совете

«___»_________20___г.

Председатель методического совета Е.А. Костина

Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальности 220703 Автоматизация технологических процессов и производств (по отраслям) очного отделения.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4

Раздел 1. Государственная система обеспечения единства измерений 5

Тема 1.1 Основные виды и методы измерений, их классификация 5

Тема 1.2. Метрологические показатели средств измерения 7

Раздел 2 Приборы и методы электрических измерений 9

Тема 2.1 Механизмы и измерительные цепи электромеханических

приборов 9

Тема 2.2 Приборы и методы измерения тока 14

Тема 2.3 Приборы и методы измерения напряжения 18

Тема 2.4 Приборы и методы измерения мощности и энергии 21

Тема 2.5 Приборы и методы измерения параметров электрических цепей 24

приборы 28

Раздел 3 Исследование формы сигналов 31

Тема 3.1 Осциллографы 31

Тема 3.2 Приборы и методы измерения частоты и интервала времени 32

Тема 3.3 Приборы и методы измерения фазового сдвига 35

ВВЕДЕНИЕ

Цель и задачи учебной дисциплины. Краткие сведения из истории развития электрических измерений. Связь данной учебной дисциплины с другими дисциплинами.

Проведение измерений является одним из основных средств получения объективных знаний о мире, а накопленный экспериментальный материал это база для обобщений и установления закономерностей его существования и развития. Вместе с тем проведение измерений имеет безусловное практическое значение, во многом на результатах измерений базируется и техническое развитие, и взаимодействие между отдельными субъектами хозяйственной деятельности. Среди всех измерений особое место занимают электротехнические измерения в силу универсальности электрических сигналов и имеющихся возможностей для их обработки и хранения, часто при измерении магнитных и неэлектрических величин выходным сигналом преобразователя является именно электрический сигнал.

Раздел 1. Государственная система обеспечения единства

измерений

Тема 1.1 Основные виды и методы измерений, их

классификация

Роль и значение электроизмерительной техники. Определение понятия «измерение». Единицы физических величин. Классификация методов измерений и их краткая характеристика. Прямой и косвенный методы. Методы непосредственной оценки и методы сравнения (дифференциальный, нулевой, замещения). Понятие о средствах измерений: меры основных электрических величин, электроизмерительные приборы, электроизмерительные установки, измерительные преобразователи, информационные системы. Классификация и маркировка электроизмерительных приборов.

К числу технических средств измерения относятся меры, измерительные преобразователи, измерительные приборы и измерительные системы. Измерительным преобразователем называют устройство, предназначенное для преобразования измеряемого параметра в сигнал, удобный для дальнейшей передачи на расстояние или в цепь управляющего устройства.

Преобразователи подразделяют на первичные (датчики), промежуточные, передающие и масштабные. Измеряемую величину называют входной, а результат преобразования - выходным сигналом.

Первичные преобразователи предназначены для преобразования физических величин в сигналы, а передающие и промежуточные преобразователи формируют сигналы, удобные для передачи на расстояние и регистрации.

К масштабным относят преобразователи, с помощью которых измеряемая величина изменяется в заданное число раз, т. е. они не преобразуют одну физическую величину в другую.

Измерительным прибором называют устройство, предназначенное для выработки измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем (оператором). Измерительные приборы делят на две группы.

К первой группе относят аналоговые приборы, показания которых являются не прерывной функцией измеряемого параметра.

Вторая группа включает в себя цифровые приборы. Они вырабатывают дискретные сигналы измеряемой информации в цифровой форме.

Измерительная система объединяет измерительные преобразователи и приборы, обеспечивая измерения параметра без участия человека.

Государственный стандарт устанавливает применение Международной системы единиц (СИ) во всех областях науки и техники.

В состав СИ входят семь основных единиц, две дополнительные и двадцать семь важнейших производных единиц. В состав основных единиц входят: метр (м), килограмм (кг), секунда (с), ампер (А), кельвин (К), моль (моль), кандела (кд).

К дополнительным единицам системы СИ относятся радиан и стерадиан, а все остальные единицы являются производными. Например, единица силы - ньютон (Н), сообщает телу массой 1 кг ускорение 1 м/с2; единица давления - паскаль (Па), за единицу давления принимается такое равномерно распределенное давление, при котором на 1 м2 действует нормально к поверхности сила, равная 1 Н.

Все измерения делят на прямые и косвенные. При прямых измерениях числовое значение измеряемого параметра определяют непосредственно измерительным прибором: например, измерение температуры термометром или линейных размеров детали мерительным инструментом.

Косвенные измерения предусматривают определение искомого параметра на основании прямого измерения вспомогательной величины, связанной с измеряемым параметром определенной функциональной зависимостью. Например, определение объема тела по его длине, ширине и высоте или измерение температуры по изменению электропроводности термометра сопротивления.

Вопросы для самопроверки

Что такое измерение?

Какова классификация видов измерений?

В чем отличие образцовых измерительных средств от рабочих?

Как классифицируются и обозначаются электроизмерительные и радиоизмерительные приборы?

Тема 1.2. Метрологические показатели средств измерений

Виды ошибок, их классификация по форме числового выражения, по закономерности появления, по вероятности реализации.

Систематические погрешности, их задание и оценка. Случайные погрешности, источники их появления. Законы распределения погрешностей. Характеристики нормального распределения. Выявление промахов.

Погрешности как характеристики средств измерений. Виды погрешностей и основные причины их возникновения. Определение приборной погрешности на основании класса точности прибора. Предел, цена деления, чувствительность электроизмерительного прибора. Типовая методика проверки электроизмерительных приборов. Общие сведения обработки результатов измерений.

Любое измерение должно проходить по системе: планирование, проведение измерений, математическая обработка результатов измерений. При обработке обращать внимание на выявление промахов. Очень важно научиться рассчитывать результирующую погрешность, знать, как суммируются систематические и случайные погрешности, как определяется результирующая погрешность с заданным уровнем вероятности.

В зависимости от причин погрешности подразделяют на пять групп: погрешности метода измерения, инструментальные, настройки прибора и его взаимодействия с объектом измерения, динамические и субъективные погрешности.

Погрешности метода измерения являются результатом выбранной схемы измерения, не позволяющей устранить источники известных погрешностей.

Инструментальные погрешности зависят от несовершенства измерительных устройств, т. е. от погрешностей изготовления деталей измерительного прибора.

Погрешности настройки измерительных приборов определяются условиями эксплуатации. Погрешности могут возникать при взаимодействии прибора с объектом измерения; например, такие погрешности, которые вызываются влиянием измерительного усилия на деформацию измеряемой детали.

Динамические погрешности возникают при преобразовании измеряемой величины. Динамические погрешности появляются в результате инерционности изменения измеряемого параметра.

Субъективные погрешности появляются вследствие ограниченных физических возможностей оператора.

В зависимости от условий работы различают два вида погрешностей: основные и дополнительные.

Основные погрешности имеют место при нормальных режимах работы измерительного прибора, когда влияние внешних факторов минимально.

Дополнительные погрешности вызываются воздействием внешних факторов, нарушающих нормальные условия работы прибора, например, изменением температуры или давления окружающей среды.

Если значение абсолютной погрешности отнести к истинному значению А0 измеряемого параметра, то получим относительную погрешность , т. е.

= / А0.

Отношение абсолютной погрешности к диапазону шкалы прибора N называют приведенной относительной погрешностью.

Вопросы для самопроверки

По каким признакам классифицируются ошибки?

Чем отличается относительная ошибка от приведенной?

Какие показатели применяются для характеристики случайной погрешности?

Каким образом можно выявить «промах» в ряде полученных результатов измерений?

В чем отличие равноточных измерений от неравноточных?

Какова методика обработки результатов косвенных измерений?

Как рассчитать результирующую погрешность?

ВАРИАНТ №1

Вопросы

1. Какую погрешность называют абсолютной?

разность между измеренным и действительным значениями величины

2 . Что такое чувствительность прибора?

отношение изменения

это число единиц измеряемой величины, приходящееся на одно деление шкалы прибора

3 . Диапазон показаний - это

область значений шкалы, ограниченная конечным и начальным значениями шкалы

которой нормированы допускаемые погрешности средства измерений

4 . Что такое калибровка СИ?

совокупность операций, выполняемых с целью определения действительных значений метрологических характеристик

совокупность операций и видов работ, направленных на обеспечение единства измерений.

5 . Приведенная погрешность

отношение абсолютной погрешности к действительному значению, выраженное в процентах

отношение абсолютной погрешности к нормирующему значению, выраженное в процентах

разность между измеренным и действительным значением величины

ВАРИАНТ №2

Вопросы

1 . Какую погрешность называют относительной?

отношение абсолютной погрешности к нормирующему значению, выраженное в процентах

разность между измеренным и действительным значением величины

отношение абсолютной погрешности к действительному значению, выраженное в процентах

2.Что такое цена деления прибора?

число единиц измеряемой величины, приходящееся на одно деление шкалы прибора

отношение изменения

выходного сигнала к вызвавшему его изменению измеряемой величины

область значений шкалы, ограниченная конечным и начальным значениями шкалы

3 . Вариация показаний прибора - это

разность между измеренным и действительным значением величины

наибольшая разность показаний при одном и том же значении измеряемой величины

4 . Диапазон измерений - это

область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые погрешности прибора

разность между измеренным и действительным значением величины

область значений шкалы прибора, ограниченная конечным и начальным значениями шкалы

5 . Что такое поверка СИ?

совокупность операций, выполняемых с целью определения действительных значений МХ.

совокупность операций и видов работ, направленных на обеспечение единства измерений

совокупность операций, выполняемых в целях подтверждения соответствия средств измерений метрологическим требованиям

Раздел 2 Приборы и методы электрических измерений

Тема 2.1 Механизмы и измерительные цепи

электромеханических приборов

Измерительные механизмы магнитоэлектрической, электромагнитной, электродинамической, ферродинамической, электростатической, индукционной систем. Общий принцип создания различных электроизмерительных механизмов. Принцип действия электромеханических приборов. Понятие об измерительных цепях. Измерительная цепь электроизмерительных приборов: вольтметров, амперметров, ваттметров. Условные обозначения, наносимые на приборы.

Основной функциональной частью магнитоэлектрического прибора является измерительный механизм. Конструктивно магнитоэлектрический механизм выполняется либо с подвижной катушкой (рамкой), либо с подвижным магнитом. Большее применение имеет первая из указанных групп.

Принцип действия магнитоэлектрического механизма основан на взаимодействии магнитных полей постоянного магнита и катушки (рамки), по которой протекает ток. Противодействующий момент может создаваться механическим и электромагнитным способами.

Магнитоэлектрические приборы применяют в качестве: 1) амперметров и вольтметров для измерения токов и напряжений в цепях постоянного тока (для этих целей приборы других групп используют в редких случаях); 2) омметров; 3) гальванометров постоянного тока, используемых в качестве нулевых индикаторов, а также для измерения малых токов и напряжений; 4) баллистических гальванометров, применяемых для измерений малых количеств электричества; 5) приборов для измерений в цепях переменного тока: а) осциллографических гальванометров, применяемых для наблюдения и записи быстропротекающих процессов; б) вибрационных гальванометров, используемых в основном в качестве нулевых индикаторов переменного тока; в) выпрямительных, термоэлектрических и электронных приборов, содержащих преобразователь переменного тока в постоянный.

Достоинствами магнитоэлектрических приборов являются: 1) высокая чувствительность; 2) высокая точность; 3) малое собственное потребление мощности; 4) равномерная шкала; 5) малое влияние внешних магнитных полей.

К недостаткам магнитоэлектрических приборов можно отнести: 1) невысокую перегрузочную способность; 2) сравнительно сложную конструкцию; 3) применение, при отсутствии преобразователей, только в цепях постоянного тока.

Основной частью электромагнитного прибора является электромагнитный ИМ. Принцип действия электромагнитного измерительного механизма основан на взаимодействии магнитного поля, создаваемого проводником с током, и ферромагнитного сердечника.

В настоящее время применяется большое число различных типов электромагнитных приборов, которые различаются по назначению, конструкции ИМ, форме катушек и сердечников и т. д.

В зависимости от инерционности подвижной части или частоты ее собственных колебаний все электромагнитные приборы разделяются на две группы: резонансные и нерезонансные. Резонансные работают только на переменном токе. В нерезонансных приборах момент инерции подвижной части значителен, и смещение подвижной части пропорционально квадрату действующего значения тока.

Обе группы приборов делятся на две подгруппы: поляризованные и неполяризованные. В поляризованных приборах кроме намагничивающей катушки имеется постоянный магнит. Поляризованные нерезонансные приборы не обладают высокой точностью. Из резонансных приборов в основном применяются язычковые герцметры.

В зависимости от характера магнитной цепи нерезонансные приборы разделяются на приборы с магнитопроводом, условно называемым замкнутым, и без магнитопровода. Приборы с магнитопроводом имеют меньшее собственное потребление мощности, но вместе с этим и значительные погрешности из-за потерь в магнитопроводе от вихревых токов и гистерезиса. Приборы без магнитопровода имеют малое собственное магнитное поле и большую зависимость показаний от влияния внешних магнитных полей и позволяют создать приборы высокой точности для работы на постоянном и переменном токе. Эти приборы подразделяются на приборы отталкивающего и втяжного действия. В приборах первого типа расположенные внутри катушки с током ферромагнитные сердечники намагничиваются одноименно и отталкиваются друг от друга

Электродинамический ИМ состоит из системы неподвижных и подвижных катушек (рамок), стойки, упругих элементов, успокоителя, отсчетного устройства, средств магнитной защиты. Катушки выполняют круглыми или прямоугольными. Круглые катушки дают, по сравнению с прямоугольными, увеличение чувствительности на 15-20%. Приборы с прямоугольными катушками имеют меньшие размеры прибора по вертикали.

В основе ферродинамических приборов лежит ферродинамический измерительный механизм. Принцип действия ферродинамического измерительного механизма заключается во взаимодействии магнитных полей двух систем проводников с токами, и по существу является разновидностью электродинамического механизма. Отличие заключается в том, что для увеличения чувствительности ИМ содержит магнитопровод из магнитно-мягкого материала. Наличие магнитопровода значительно увеличивает магнитное поле в рабочем зазоре и при этом возрастает вращающий момент.

Электростатические приборы строятся на основе электростатического измерительного механизма, который представляет собой систему подвижных и неподвижных электродов. Под действием напряжения, приложенного к электродам, подвижные электроды отклоняются относительно неподвижных. В электростатических ИМ отклонение подвижной части связано с изменением емкости.

Электростатические приборы характеризуются: 1) весьма малым собственным потреблением мощности на постоянном токе и низких частотах. Это,объясняется тем, что оно обусловлено только кратковременным зарядным током и протеканием весьма малых токов утечки через изоляцию. На переменном токе потребление мощности также невелико ввиду малой емкости ИМ и малых диэлектрических потерь в изоляции; 2) широким частотным диапазоном (от 20 Гц до 35 МГц); 3) малой зависимостью показаний от изменений формы кривой измеряемого напряжения; 4) возможностью использования их в цепях постоянного и переменного токов для непосредственного измерения высоких напряжений (до 300 кВ) без применения измерительных трансформаторов напряжения. Наряду с этим электростатические приборы имеют и недостатки: они подвержены сильному влиянию внешних электростатических полей, обладают низкой чувствительностью к напряжению, имеют неравномерную шкалу, которую необходимо выравнивать за счет выбора формы электродов, и др.

Точность электростатических приборов можно получить высокой за счет применения специальных конструктивно-технологических мероприятий по снижению погрешностей. В настоящее время разработаны переносные приборы классов точности 0,2; 0,1 и 0,05.

Конструктивно индукционный измерительный механизм состоит из одного или нескольких неподвижных электромагнитов и подвижной части, которая обычно выполняется в виде алюминиевого диска, укрепленного на оси. Переменные магнитные потоки, направленные перпендикулярно плоскости диска, пронизывая последний, индуктируют в нем вихревые токи. Взаимодействие потоков с токами в диске вызывают перемещение подвижной части.

По числу магнитных потоков, пересекающих подвижную часть, они могут быть однопоточными и многопоточными. Однопоточные индукционные механизмы в измерительной технике в настоящее время не применяются.

Изучая приборы электромагнитной, электродинамической и ферродинамической систем, необходимо обратить внимание на то, что по принципу действия эти приборы пригодны для измерений в цепях как постоянного, так и переменного тока.

Вопросы для самопроверки

1. Напишите и объясните условие статического равновесия подвижной части показывающего прибора и уравнение его шкалы.

2. Каким путем создаются противодействующие моменты в показывающих приборах?

3. Что такое собственное потребление энергии прибором, какое влияние оно может оказывать на результаты измерения?

4. Каковы принцип действия и устройство прибора магнитоэлектрической системы?

5. Каковы принцип действия и устройство приборов электромагнитной, электродинамической и электростатической систем?

6. Как устроены и каков принцип действия логометров магнитоэлектрической системы?

7. Какие применяются способы расширения пределов измерения приборов различных систем?

Тема 2.2 Приборы и методы измерения тока

Методы измерения тока. Устройство, принцип действия, технические характеристики, разновидности, область применения основных типов амперметров, токоизмерительных клещей. Расширение пределов измерения с помощью трансформаторов тока и шунтов. Применение комбинированных приборов для измерения тока. Выбор прибора для измерения тока, включение в цепь, измерение, обработка результата измерения.

Перед измерением тока нужно иметь представление о его частоте, форме, ожидаемом значении, требуемой точности измерения и сопротивлении цепи,в которой производится измерение. Эти предварительные сведения позволят

выбрать наиболее подходящий метод измерения и измерительный прибор. Для измерения тока и напряжения применяют метод непосредственной оценки и метод сравнения. Для измерения тока в какой-либо цепи последовательно в цепь включают амперметр.

Амперметр был разработан так, чтобы внутреннее сопротивление было как можно меньше. Поэтому, если вы включите не последовательно, а параллельно нагрузке обстоятельства могут быть непредсказуемые. Именно в последствии малого сопротивления внутри через амперметр потечет большой ток, что приведет к тому, что прибор сгорит или погорят провода.

Амперметр – измерительный прибор для определения силы постоянного и переменного тока в электрической цепи. Показания амперметра всецело зависят от величины протекающего через него тока, в связи, с чем сопротивление амперметра по сравнению с сопротивлением нагрузки должно быть как можно меньшим. По своим конструктивным особенностям амперметры подразделяются на магнитоэлектрические, электромагнитные, термоэлектрические, электродинамические, ферродинамические и выпрямительные.

Магнитоэлектрические амперметры служат для измерения силы тока малой величины в цепях постоянного тока. Они состоят из магнитоэлектрического измерительного механизма и шкалы с нанесенными делениями, соответствующими различным значениям измеряемого тока.

Электромагнитные амперметры предназначены для измерения силы протекающего тока в цепях постоянного и переменного тока. Чаще всего используются для измерения силы в цепях переменного тока промышленной частоты (50 Гц). Состоят из измерительного механизма, шкала которого размечена в единицах силы тока, протекающего по катушке прибора. Для изготовления катушки можно использовать провод большого сечения и, следовательно, измерять ток большой величины (свыше 200 А).

Термоэлектрические амперметры применяются для измерения в цепях переменного тока высокой частоты. Они состоят из магнитоэлектрического прибора с контактным или бесконтактным преобразователем, который представляет собой проводник (нагреватель), к которому приварена термопара (она может находиться на некотором расстоянии от нагревателя и не иметь с ним непосредственного контакта). Ток, проходя по нагревателю, вызывает его нагрев (за счет активных потерь), который регистрируется термопарой. Возникающее термическое излучение воздействует на рамку магнитоэлектрического измерителя тока, которая отклоняется на угол, пропорциональный силе тока в цепи.

Электродинамические амперметры служат для измерения силы тока в цепях постоянного и переменного токов повышенной (до 200 Гц) частот. Приборы очень чувствительны к перегрузкам и внешним магнитным полям. Применяются в качестве контрольных приборов для проверки рабочих измерителей силы тока. Состоят из электродинамического измерительного механизма, катушки которого в зависимости от величины максимально измеряемого тока соединены последовательно или параллельно, и градуированной шкалы. При измерении токов малой силы катушки соединяются последовательно, а большой – параллельно.

Ферродинамические амперметры прочны и надежны по конструкции, малочувствительны к воздействию внешних магнитных полей. Они состоят из ферродинамического измерительного аппарата и применяются главным образом в системах автоматических контроллеров в качестве самопишущих амперметров.

Каждый амперметр рассчитывается на некоторое определенное максимальное значение измеряемой величины. Но, часто, возникают ситуации, когда необходимо выполнить измерение некоторой величины, значение которой больше пределов измерения прибора. Тем не менее, всегда оказывается возможным расширить пределы измерения данным прибором. Для этого параллельно амперметру присоединяют проводник, по которому проходит часть измеряемого тока. Значение сопротивления этого проводника рассчитывается так, чтобы сила тока, проходящего через амперметр, не превышала его максимально допустимого значения. Такое сопротивление называется шунтирующим. Результатом подобных действий станет то, что если амперметром, рассчитанным, например, на силу тока до 1 А, необходимо выполнить измерение тока в 10 раз больше, то сопротивление шунта должно быть в 9 раз меньше сопротивления амперметра. Разумеется, при этом цена градуировки увеличивается в 10 раз, а точность во столько же раз уменьшается.

Для расширения предела измерения амперметра (в k раз) в цепях постоянного тока служат шунты-резисторы, включаемые параллельно амперметру.

Шкалы амперметров обычно градуируют непосредственно в единицах силы тока:

амперах, миллиамперах или микроамперах. Нередко в лабораторной практике применяет многопредельные амперметры. Внутри корпуса таких приборов размещают несколько различных шунтов, которые подключаются параллельно индикатору с помощью переключателя пределов измерений. На лицевой панели многопредельных приборов указывают максимальные значения силы тока, которые могут быть измерены при том или ином положении переключателя пределов измерений. Цена деления шкалы (если у прибора имеется единственная шкала) будет разной для каждого предела измерений. Часто многопредельные приборы имеют несколько шкал, каждая из которых соответствует определенному пределу измерений.

Вопросы для самопроверки

Как измерить силу тока?

Что такое амперметр?

Основные типы амперметров

Как подключается амперметр?

Назначение шунтов

Решение задач по теме « Приборы и методы измерения тока»

ВАРИАНТ 1

Задача 1.

Амперметр с внутренним сопротивлением 0,28 Ом имеет шкалу на 50 дел. с ценой деления 0,01 А /дел. Определить цену деления и предельную величину измеряемого тока при подключении шунта с сопротивлением 0,02Ом.

Задача 2.

Шкала ИМ с сопротивлением 5Ом разбита на 100дел. Цена деления

0,2 мА/дел. Из этого механизма необходимо сделать амперметр на 10А. Как это сделать? Какой ток в цепи измерит амперметр, если стрелка отклонилась на 35дел.

Задача 3.

Определить значение сопротивления шунта, необходимого для расширения предела измерения амперметра с внутренним сопротивлением 5Ом, от номинального его значения 4мА до значения 15А.

ВАРИАНТ 2

Задача 1.

Шкала ИМ с внутренним сопротивлением 2Ом разбита на 150дел. Цена деления 0,2мА/дел. Из этого механизма необходимо сделать амперметр на 15А. Как это сделать?

Какой ток измерит амперметр, если стрелка отклонилась на 20дел.

Задача 2.

Определить значение сопротивления шунта для расширения предела измерения амперметра с внутренним сопротивлением 0,58Ом, от номинального значения 5А до значения 150А.

Задача 3.

К амперметру, рассчитанному на 5А с внутренним сопротивлением 0,6Ом и шкалой на 10дел. подключен шунт с сопротивлением 0,025Ом. При измерении тока стрелка отклонилась на 8дел. Определить ток в цепи, измеренный амперметром.

Тема 2.3 Приборы и методы измерения напряжения

Методы измерений напряжения. Устройство, принцип действия, технические характеристики, разновидности, область применения: электромеханических вольтметров, электронных вольтметров, цифровых вольтметров, компенсаторов. Применение комбинированных приборов для измерения напряжения. Выбор прибора для измерения напряжения, включения в цепь, измерение, обработка результата измерения.

Для измерения напряжения используются вольтметры. Вольтметры включаются параллельно тому участку цепи, где необходимо измерить напряжение. Чтобы прибор не потреблял большой ток и не влиял на величину напряжения цепи, обмотка его должна иметь большое сопротивление. Чем больше внутреннее сопротивление вольтметра, тем точнее он будет измерять величину напряжения. Для этого обмотка вольтметра изготовляется из большого числа витков тонкой проволоки. Для расширения пределов измерения вольтметров употребляются добавочные сопротивления, включаемые последовательно с вольтметрами. В этом случае напряжение сети распределяется между вольтметром и добавочным сопротивлением. Величину добавочного сопротивления необходимо подбирать с таким расчетом, чтобы в цепи с повышенным напряжением по обмотке вольтметра проходил тот же ток, что и при номинальном напряжении.

Большая часть применяемых сейчас стационарных измерительных устройств - это классические аналоговые электромеханические приборы. Их эксплуатационные и метрологические характеристики могут считаться достаточными для решения основных задач технических измерений. Классы точности данных устройств лежат в диапазоне от 0,1 до 4 %.

Принцип действия электромеханических измерительных приборов базируется на преобразовании электрической энергии входного сигнала в механическую энергию углового движения подвижной части отсчетного устройства. Кроме того электромеханические приборы, помимо автономного применения, могут использоваться и в качестве выходных устройств для других электронных аналоговых устройств.

В электромеханических приборах реализованы разные физические принципы, позволяющие преобразовать значение измеряемой характеристики в пропорциональное ей отклонение указателя. Конструкцию же электромеханического прибора любого типа можно представить в виде последовательного соединения входной цепи, измерительного устройства и отсчетного прибора.

Из всего разнообразия систем, конструкций и схем электромеханических измерительных приборов можно отметить следующие основные классы: магнитоэлектрические, выпрямительные, термоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, электростатические, индукционные.

Электронные вольтметры представляют собой сочетание электронного преобразователя и измерительного прибора. В отличие от вольтметров электромеханической группы электронные вольтметры постоянного и переменного токов имеют высокие входное сопротивление и чувствительность, широкие пределы измерения и частотный диапазон (от 20Гц до 1000 МГц), малое потребление тока из измерительной цепи.

Классифицируют электронные вольтметры по ряду признаков:

по назначению – вольтметры постоянного, переменного и импульсного напряжений; универсальные, фазочувствительные, селективные;

по способу измерения - приборы непосредственной оценки и приборы сравнения;

по характеру измеряемого значения напряжения - амплитудные (пиковые), среднего квадратического значения средневыпрямленного значения;

по частотному диапазону - низкочастотные, высокочастотные, сверхвысокочастотные.

Кроме того, все электронные приборы можно разделить на две большие группы: аналоговые электронные со стрелочным отсчетом и приборы дискретного типа с цифровым отсчетом.

Измерители напряжения независимо от их назначения должны при включении не нарушать режима работы цепи измеряемого объекта; обеспечивать малую погрешность измерений, исключив при этом влияние внешних факторов на работу прибора, высокую чувствительность измерения на оптимальном пределе, быструю готовность к работе и высокую надежность.

Выбор приборов, выполняющих измерения напряжения, определяется совокупностью многих факторов, важнейшие из которых: род измеряемого напряжения; примерные диапазон частот измеряемой величины и амплитудный диапазон; форма кривой измеряемого напряжения; мощность цепи, в которой осуществляется измерение; мощность потребления прибора; возможная погрешность измерения.

В маломощных цепях постоянного и переменного токов для измерения напряжения обычно пользуются цифровыми и аналоговыми электронными вольтметрами. Если необходимо измерить напряжения с более высокой точностью, следует использовать приборы, действие которых основано на методах сравнения, в частности на методе противопоставления.

Современные цифровые вольтметры содержат микропроцессорные блоки и снабжены клавиатурой, что позволяет автоматизировать процесс измерения, проводить его в соответствии с заданной программой, осуществлять требуемую обработку результатов измерений, расширять функциональные возможности прибора. Превратить его в мультиметр, позволяющий измерять не только напряжение постоянного тока, но и многие другие величины: напряжение переменного тока, сопротивление, емкость конденсатора, частоту и др.

Вопросы для самопроверки

Как можно измерить напряжение?

Как классифицируются электронные вольтметры?

Перечислите основные блоки цифровых вольтметров

Как производится выбор приборов для измерения напряжения?

Каковы значения коэффициентов амплитуды и формы при синусоидальном напряжении?

Нарисуйте принципиальные схемы вольтметров с линейным, пиковым и квадратичным детекторами.

Каковы разновидности структурных схем цифровых вольтметров?

Тема 2.4 Приборы и методы измерения мощности и энергии

Методы измерения мощности и электроэнергии. Устройство, принцип действия, технические характеристики, разновидности, область применения: ваттметров и электросчётчиков. Выбор приборов для измерения мощности и электроэнергии, включение их в цепь, измерение, обработка результатов измерения. Расширение пределов измерения.

Из выражения для мощности на постоянном токе Р = IU видно, что мощность можно измерить с помощью амперметра и вольтметра косвенным методом. Однако в этом случае необходимо производить одновременный отсчет по двум приборам и вычисления, усложняющие измерения и снижающие его точность.

Для измерения мощности в цепях постоянного и однофазного переменного тока применяют приборы, называемые ваттметрами, для которых используют электродинамические и ферродинамические измерительные механизмы.

Мощность в электрических цепях измеряют прямым и косвенным способами. При прямом измерении используют ваттметры, при косвенном - амперметры и вольтметры.

В системах электроснабжения применяются измерительные приборы электрических величин. Наиболее применимыми являются амперметры, вольтметры, измерители мощности (ваттметры и варметры), счетчики активной и реактивной энергии. При выборе приборов измерения электрических величин следует учитывать род тока – постоянный или переменный.

Для измерения активной мощности применятся ваттметры. Ваттметры имеют две измерительные катушки, тока и напряжения. Момент вращения, создаваемый этими катушками, пропорционален протекающим через них токам.

Для измерения потребляемой электроэнергии применяют однофазные или трехфазные счетчики электрической энергии. Эти приборы имеют индукционные измерительные механизмы.

Ваттметр – измерительный прибор, имеющий назначение определять работу совершаемую электрическим током в единицу времени для прохождения тока через какой-либо проводник (определение мощности электрического тока или электромагнитного сигнала).

Ваттметр может определить количество ваттов необходимых для получения некоторой силы электрического света в каждую секунду времени или определить величину выполняемой работы в единицу времени каким-либо электрическим прибором. Работа совершаемая электрическим прибором в единицу времени (его мощность) определяется в ваттах и является произведением числа амперов (сила тока) потребляемых данным видом электрических потребителей на разность потенциалов (+ -) концов этой части цепи измеряемой в вольтах.

Для определения мощности электрического тока и используются ваттметры , представляющие собой не что иное, как электродинамометр. Проходящий ток распределяется на две части, одна из которых является, по сути, контролем, а вторая опытом, изменяя сопротивление на опытной части и измеряя разность потенциалов на выходе и определяется мощность электрического тока.

По назначению и диапазону частот ваттметры можно разделить на три основные категории:
– низкочастотные (и постоянного тока);
– радиочастотные;
– оптические.

Ваттметры радиодиапазона по назначению делятся на два вида: проходящей мощности, включаемые в разрыв линии передачи, и поглощаемой мощности, подключаемые к концу линии в качестве согласованной нагрузки. В зависимости от способа функционального преобразования измерительной информации и ее вывода пользователю ваттметры бывают аналоговые (показывающие и самопишущие) и цифровые.

Низкочастотные ваттметры используются преимущественно в сетях электропитания промышленной частоты для измерения потребляемой мощности, могут быть однофазные и трехфазные. Отдельную подгруппу составляют варметры - измерители реактивной мощности. Цифровые приборы обычно совмещают в себе возможность измерения активной и реактивной мощности.

Радиочастотные ваттметры образуют весьма большую и широко используемую подгруппу ваттметров радиодиапазона. Деление этой подгруппы связано в основном с применением различных типов первичных преобразователей. Выпускаемые ваттметры используют преобразователи на базе термистора, термопары или пикового детектора; значительно реже, применяются датчики, основанные на других принципах. При работе с ваттметрами поглощаемой мощности следует помнить, что из-за несогласования входного сопротивления приемных датчиков с волновым сопротивлением линии, часть энергии отражается и реально ваттметр измеряет не реальную мощность линии, а поглощенную, которая отличается от действительной.

Принцип действия термисторного преобразователя состоит в зависимости сопротивления термистора от температуры его нагрева, которая, в свою очередь зависит от рассеиваемой мощности сигнала, подаваемого на него. Измерение осуществляется методом сравнения мощности измеряемого сигнала, рассеиваемой в термисторе и разогревающей его, с мощностью тока низкой частоты, вызывающей такой же нагрев термистора. К недостаткам термисторных ваттметров относится их малый диапазон регистрации – несколько милливатт.

Расширение пределов измерения на постоянном токе по напряжению производится с помощью добавочных сопротивлений - шунтов. При измерениях на переменном токе расширение пределов производится с помощью трансформаторов тока и напряжения. При этом необходимо соблюдать правильность включения генераторных клемм ваттметра.
Измерение мощности в трехфазных трехпроводных сетях производится с помощью двух однофазных ваттметров, включенных в две фазы.
Расширение пределов измерения производится с помощью трансформаторов тока и напряжения. В этих же сетях для измерения мощности применяется трехфазный ваттметр.
В трехфазных четырехпроводных сетях измерение активной мощности производят с помощью трех однофазных ваттметров или одним трехэлементным ваттметром.
Реактивная мощность в однофазных сетях измеряется с помощью одного ваттметра, включенного по схеме, а в трехфазных - с помощью трех ваттметров.

Вопросы для самопроверки

Дайте определения и аналитические выражения активной и реактивной мощности.

Каковы методы измерения активной мощности в цепях постоянного и однофазного переменного тока?

Нарисуйте схему измерителя реактивной мощности.

Какие методы используются для измерения актив-
ной мощности и энергии в трехфазных цепях?

Тема 2.5 Приборы и методы измерения параметров электрических цепей.

Измерение сопротивлений. Омметры. Метод вольтметра и амперметра: схемы включения, их достоинства и недостатки. Погрешности метода. Мостовые схемы. Теория одинарного моста постоянного тока. Двойной мост.

Измерение параметров конденсаторов и индуктивностей. Мостовые схемы. Резонансные схемы. Измерения методом замещения. Погрешности измерений.

Для измерения сопротивлений применяют различные методы в зависимости от характера объектов и условий измерения (например, твердые и жидкие проводники, заземлители, электроизоляция); от требований к точности и быстроте измерения; от величины измеряемых сопротивлений. При изучении теории мостов необходимо уяснить причины, препятствующие применению одинарного моста постоянного тока для измерения малых сопротивлений. Рассмотреть теорию двойного моста. В теории мостов перешитого тока необходимо рассмотреть условия равновесия, отличающиеся от условий равновесия мостов постоянного тока.

Методы измерения малых сопротивлений существенно отличаются от методов измерения больших сопротивлений, так как в первом случае надо принимать меры для исключения влияния на результаты измерений сопротивления соединительных проводов, переходных контактов.

Основными методами измерения сопротивления постоянному току являются: косвенный метод; метод непосредственной оценки и мостовой метод. Выбор метода измерений зависит от ожидаемого значения измеряемого сопротивления и требуемой точности. Наиболее универсальным из косвенных методов является метод амперметра-вольтметра.

Метод амперметра-вольтметра - о снован на измерении тока, протекающего через измеряемое сопротивление и падения напряжения на нем. Применяют две схемы измерения: измерение больших сопротивлений и измерение малых сопротивлений. По результатам измерения тока и напряжения определяют искомое сопротивление.

Метод непосредственной оценки - п редполагает измерение сопротивления постоянному току с помощью омметра. Измерения омметром дают существенные неточности. По этой причине данный метод используют для приближенных предварительных измерений сопротивлений и для проверки цепей коммутации.

Мостовой метод - п рименяют две схемы измерения - схема одинарного моста и схема двойного моста. Одинарный мост постоянного тока состоит из трех образцовых резисторов (обычно регулируемых) ,которые включают последовательно с измеряемым сопротивлением Rx в мостовую схему. Для измерения сопротивлений ниже 1 Ом используется д войной мост Томсона.

Рассмотреть возможные методы измерения индуктивностей и емкостей. Достоинства и недостатки резонансных схем измерения. Источники погрешностей. Схемы замещения, разобраться, в чем заключается их преимущество перед другими методами измерения. Приборы непосредственной оценки и сравнения - к измерительным приборам непосредственной оценки значения измеряемой емкости относятся микрофарадметры , действие которых базируется на зависимости тока или напряжения в цепи переменного тока от значения включенной в нее . Значение емкости определяют по шкале стрелочного измерителя.

Более широко для измерения и индуктивностей применяют уравновешенные мосты переменного тока , позволяющие получить малую погрешность измерения (до 1 %). Питание моста осуществляется от генераторов, работающих на фиксированной частоте 400-1000 Гц. В качестве индикаторов применяют выпрямительные или электронные милливольтметры, а также осциллографические индикаторы.

Вопросы для самопроверки

Как можно измерить сопротивление в сетях постоянного и переменного тока?

Как измеряют сопротивление изоляции проводов?

Какова структурная схема прибора для измерения неэлектричёских величин?

Рассмотрите принцип действия, устройство и основы теории отдельных типов преобразователей.

Какие существуют варианты схем включения амперметров и вольтметров для измерения сопротивления?

Нарисуйте схему одинарного моста и укажите элементы, являющиеся источником погрешностей при измерении малых сопротивлений.

Какие электрические величины могут быть измерены с помощью моста переменного тока?

Какие существуют источники погрешностей в резонансных схемах измерения?

Каковы достоинства измерительных схем замещения?

Тема 2.6 Универсальные и специальные электроизмерительные

приборы

Основные параметры и типы универсальных и специальных электроизмерительных приборов, краткая техническая характеристика. Мультиметры, вольтамперметры, комбинированные приборы. Схема измерительных цепей комбинированного прибора. Цифровые мультиметры, блок-схема, переключатели рода измерений и пределов измерений. Единицы измерений. Входное сопротивление мультиметра. Измерение сопротивлений, токов, напряжений, электрических емкостей, параметров полупроводниковых приборов.

Существует большое число измерительных приборов, используемых для выполнения строго определенных работ: обслуживания, тестирования кабельных линий, измерения параметров питающей сети. Каждый из них идеально подходит для выполнения специфического набора измерений, но не более того. Поэтому ремонт или наладка различных устройств невозможны без обычных измерительных приборов: мультиметров, осциллографов, универсальных и специальных генераторов, частотомеров, измерителей RLC, логических анализаторов. С егодня большинство из этих приборов выпускается в настольной, переносной и носимой модификациях. Поэтому такой прибор всегда можно подобрать в соответствии с любыми предполагаемыми условиями работы: от лабораторных до полевых, с питанием от сети переменного тока, бортовой сети или батарей. А принципиальные отличия приборов различного исполнения касаются, пожалуй, всего двух моментов: класса точности и возможности интеграции в измерительные комплексы. Обычно носимые модификации имеют и точность похуже, и набор сервисных функций попроще, но внедрение цифровой обработки сигналов меняет эту ситуацию. область применения измерительных комплексов с компьютерным управлением ограничена, как правило, научными экспериментами и различными серийными испытаниями. Именно там важное значение имеет автоматизация процесса сбора и обработки результатов измерений . Мультиметр и осциллографы - одни из самых распространенных приборов. С каждым днем число интегрированных в них основных и дополнительных функций растет. Более того, с точки зрения своих возможностей эти приборы становятся все ближе. Осциллограф может иметь встроенный мультиметр, а мультиметр - возможность отображения измеряемого сигнала. Мультиме́тр (от multimeter , те́стер - от test - испытание, аво́метр - от АмперВольтОмметр) - комбинированный , объединяющий в себе несколько функций. В минимальном наборе это , и . Существуют и мультиметры.

Мультиметр может быть как лёгким переносным устройством, используемым для базовых и поиска неисправностей, так и сложным стационарным прибором со множеством возможностей.

Наиболее простые цифровые мультиметры имеют 2,5 цифровых разряда ( обычно около 10 %). Наиболее распространены приборы с разрядностью 3,5 (точность обычно около 1,0 %). Выпускаются также чуть более дорогие приборы с разрядностью 4,5 (точность обычно около 0,1 %) и существенно более дорогие приборы с разрядностью 5 и выше. Точность последних сильно зависит от диапазона измерения и вида измеряемой величины, поэтому оговаривается отдельно для каждого поддиапазона. В общем случае точность таких приборов может превышать 0,01 %, несмотря на портативное исполнение.

Разрядность цифрового измерительного прибора, например, «3,5» означает, что дисплей прибора показывает 3 полноценных разряда, с диапазоном от 0 до 9, и 1 разряд - с ограниченным диапазоном. Так, прибор типа «3,5 разряда» может, например, давать показания в пределах от 0,000 до 1,999 , при выходе измеряемой величины за эти пределы требуется переключение на другой диапазон (ручное или автоматическое).

Количество разрядов не определяет точность прибора. Точность измерений зависит от точности , от точности, термо- и временной стабильности применённых радиоэлементов, от качества защиты от внешних наводок, от качества проведённой .

Аналоговый мультиметр состоит из стрелочного магнитоэлектрического измерительного прибора, набора добавочных для измерения напряжения и набора для измерения тока. Измерение сопротивления производится с использованием встроенного или от внешнего источника. В аналоговом мультиметре результаты измерений наблюдается по движению стрелки (как на часах) по измерительной шкале, на которой подписаны значения: напряжение, ток, сопротивление. Популярность аналоговых мультиметров объясняется их доступностью и ценой, а основным недостатком является некоторая погрешность в результатах измерений. Для более точной подстройки в аналоговых мультиметрах имеется специальный построечный резистор, манипулируя которым можно добиться немного большей точности. Тем не менее, в случаях когда желательны более точные измерения, лучшим будет использование цифрового мультиметра.
Главный отличием цифрового от аналогового является то, что результаты измерения отображаются на специальном экране. К тому же цифровые мультиметры обладают более высокой точностью и отличаются простотой использования, так как не приходится разбираться во всех тонкостях градуирования измерительной шкалы, как в стрелочных вариантах.

Вопросы для самопроверки

Какой прибор называется мультиметром?

Разновидности муьтиметров

Характеристики аналогового мальтиметра

Характеристики цифрового мультиметра

Раздел 3 Исследование формы сигналов

Тема 3.1 Осциллографы

Общие сведения и классификация электронно-лучевых осциллографов. Устройство, принцип действия, назначение, технические характеристики, структурная схема электронно-лучевого осциллографа. Использование электронно-лучевого осциллографа для наблюдения электрического сигнала, для измерения амплитуды, частоты и периода периодического сигнала. Типы осциллографов. Блок-схема электронного осциллографа. Подготовка, калибровка и измерение различных сигналов. Особенности подготовки, калибровки и измерений двухлучевыми, осциллографами-мультиметрами и осциллографами с запоминанием информации. Особенности измерения электронными осциллографами неэлектрических величин Аналоговые осциллографы, цифровые запоминающие осциллографы, цифровые люминофорные осциллографы, цифровые стробоскопические осциллографы, виртуальные осциллографы, портативные осциллографы

Электромеханические осциллографы широко применяются для наблюдения и регистрации быстро изменяющихся во времени величин. Что такое осциллограф? Это прибор, который предназначен для исследования всевозможных электрических сигналов путём визуального наблюдения специального сигнала, записанного на фотоленте либо на экране именно графика, а также для измерения амплитудных и временных параметров сигнала по форме графика.

Все электронно-лучевые осциллографы имеют экраны, на которых отображаются графики сигналов входных. В виде сетки на экран нанесена специальная разметка. Если применяется , то у него изображения в виде готовой картинки выводятся на дисплей, который бывает монохромным или же цветным. У аналоговых осциллографов используется в качестве экрана электронно-лучевая трубка с, так называемым, электростатическим отклонением.

Все используемые сегодня осциллографы различаются по своему назначению, а также по способу вывода измерительной информации и, конечно, по тому, какой способ обработки входного сигнала используется.

Осциллографы для наблюдения на экране формы сигнала с периодической развёрткой. Экран может быть как электронно-лучевым, так и жидкокристаллическим. С непрерывной развёрткой осциллографы для регистрации на фотоленте кривой. Они еще называются шлейфовые осциллографы. Так же выделяют цифровые и аналоговые осциллографы

При их изучении необходимо уяснить причины, вследствие которых электромеханические осциллографы применяются лишь для исследования процессов с частотой, не превышающей нескольких тысяч герц.

Вопросы для самопроверки

Области применения электромеханических осциллографов?

Каким способом достигается развертка кривой исследуемого напряжения в электронном осциллографе?

От чего зависят амплитудные и фазовые погрешности электронного и электромеханического осциллографов?

Тема 3.2 Приборы и методы измерения частоты и интервала времени

Методы измерения частоты и интервала времени. Устройство, принцип действия, технические характеристики, разновидности, область применения частотомеров. Измерение интервалов времени. Измерительные генераторы. Блок-схема. Генераторы R - C , L - C , на биениях, шума, стандартных сигналов, импульсные. Характеристики сигналов. Правила настройки и подключения. Согласующие устройства. Правила техники безопасности.

Непосредственное измерение частоты производят частотомерами , в основу которых положены различные методы измерения в зависимости от диапазона измеряемых частот и требуемой точности измерения. Наиболее распространенными методами измерения частоты являются: метод перезаряда конденсатора, резонансный метод, метод дискретного счета , метод сравнения измеряемой частоты с эталонной. Частотомеры используются нечасто. По большей части функции встроенного в мультиметр частотомера оказывается достаточно. Но в тех случаях, когда нужен точный результат или внешнее управление, без специального прибора не обойтись. Такие частотомеры могут измерять частоту, период и скважность периодических сигналов, определять длительность интервалов, осуществлять эталонный отсчет времени. Сложные модели предусматривают возможность вычислительной обработки результатов совокупности измерений и несколько каналов для реализации сложных алгоритмов запуска счета, обработки сигналов с разными параметрами или выполнения относительных измерений.

Генераторы используется гораздо реже и, в основном, при отладке и испытаниях различных устройств. Генераторы делятся на низкочастотные, высокочастотные и функциональные. Первые формируют синусоидальный сигнал или меандр с частотой от нескольких герц до сотен килогерц, вторые - с частотами до сотен мегагерц с возможностью модулирования сигнала по заданному закону внешним или внутренним сигналом. Функциональные генераторы формируют сигналы сложной формы (синус, прямоугольник, треугольник, пила, трапеция) в диапазоне частот до десятков мегагерц с заданной скважностью, а также цифровые сигналы с уровнями ТТЛ и КМОП. Некоторые модели могут работать как генераторы качающейся частоты (по заданному закону) или формировать простейший амплитудно- или частотно-модулированный сигнал.

Метод перезаряда конденсатора за каждый период измеряемой частоты - с реднее значение тока перезаряда пропорционально частоте и измеряется магнитоэлектрическим амперметром, шкала которого проградуирована в единицах частоты. Выпускают конденсаторные частотомеры с пределом измерения 10 Гц - 1 МГц и погрешностью измерения ±2%.

Резонансный метод , основанный на явлении электрического резонанса в контуре с подстраиваемыми элементами в резонанс с измеряемой частотой. Измеряемая частота определяется по шкале механизма подстройки. Метод применяется на частотах более 50 кГц. Погрешность измерения можно уменьшить до сотых долей процента.

Метод дискретного счета лежит в основе работы электронно-счетных цифровых частотомеров . Он основан на счете импульсов измеряемой частоты за известный промежуток времени. Обеспечивает высокую точность измерения в любом диапазоне частот.

Метод сравнения измеряемой частоты с эталонной - электрические колебания неизвестной и образцовой частот смешиваются таким образом, чтобы возникли биения некоторой частоты. При частоте биений, равной нулю, измеряемая частота равна образцовой. Смешение частот осуществляют гетеродинным способом (способ нулевых биений) или осциллографическим.

Решение многих радиотехнических задач связано с измерением интервалов времени. Обычно приходится измерять как очень малые (единицы пикосекунд) так и очень большие (сотни секунд) интервалы времени. Интервалы времени могут также быть не только повторяющимися, но и однократными.

Различают два основных способа измерения интервалов времени: осциллографический и цифровой.

Измерение интервалов времени с помощью осциллографа проводится по осциллограмме исследуемого напряжения с использованием «линейной» развертки. Из-за нелинейности развертки, а также больших погрешностей отсчета начала и конца интервала общая погрешность измерения составляет единицы процентов. В последние годы интервалы времени в основном измеряются цифровыми методами.

Измерения интервалов времени с помощью цифрового частотомера - измерение интервала времени Тх цифровым методом основано на заполнении его импульсами, следующими с образцовым периодом Т0, и подсчете числа Mx этих импульсов за время Тх.

Вопросы для самопроверки

Каковы наиболее распространенные методы измерения временных интервалов?

Нарисуйте структурную схему цифрового измерителя временных интервалов.

Какие существуют методы уменьшения погрешности?

Какие методы измерения частоты вы знаете?

Нарисуйте функциональную схему осциллографического частотомера.

Тема 3.3 Приборы и методы измерения фазового сдвига

Методы измерения фазового сдвига. Устройство, принцип действия, технические характеристики, разновидности, область применения фазометров.

Решение многих задач радиотехники невозможно без измерения наряду с амплитудой и частотой также фазового сдвига (ФС) сигналов. Фазовые методы измерений позволяют решать многие задачи, связанные с измерением дальности, координат, помехоустойчивой передачи информации и т. д.

Например, фазовые радиотехнические системы ближней навигации обеспечивают измерение дальности и координат с погрешностью 0.1–1 м, спутниковые системы глобальной навигации позволяют определять расстояние с точностью до нескольких миллиметров, угловое положение – с точностью до единиц угловых минут. Устройства на основе фазовых методов с использованием лазерной техники могут измерять малые расстояния с погрешностью 10 -9 м и менее.

Понятие фазового сдвига введено только для гармонических сигналов с одинаковой частотой:
U 1 = U m 1 sin ( w t + j 1 ) y = w t + j 0 – фаза колебания
U 2 = U m 2 sin ( w t + j 2 ) j 0 – начальная фаза
j = y 1 - y 2 =( w t + j 1 )- ( w t + j 2 )= ê j 1 - j 2 ê
Фазовый сдвиг – модуль разности начальных фаз.
Знание фазового сдвига позволяет выявить причины искажения сигнала.
Условие неискаженной передачи – фазовая характеристика должна быть линейной.
Для измерения фазового сдвига применяют следующие методы: осциллографический, компенсационный, преобразования фазового сдвига в импульсы тока, метод дискретного счета и др. Измерение фазового сдвига осциллографическим методом можно реализовать способами линейной, синусоидальной и круговой разверток. Для измерения фазового сдвига компенсационным методом с осциллографической индикацией собирают измерительную установку, состоящую из однолучевого осциллографа, образцового φ обр и вспомогательного φ в фазовращателей.

Измерение фазового сдвига методом дискретного счета основано на формуле, в которую следует подставить вместо интервалов времени ∆ T и Т соответствующее им число импульсов с постоянной частотой повторения. Прямо-показывающие фазометры такого типа называют электронно-счетными, или цифровыми, фазометрами. Имеется несколько схем цифровых фазометров, но преимущественное распространение получили интегрирующие фазометры, в которых результат измерения представляет собой среднее значение фазового сдвига за большое число периодов измеряемого напряжения. В таких фазометрах обеспечивается хорошая помехозащищенность.

Микропроцессорный фазометр - значительное расширение функциональных возможностей, повышение надежности и некоторых других характеристик фазометров обеспечиваются при их построении на основе микропроцессора, работающего совместно с измерительными преобразователями. Такие фазометры позволяют измерять фазовый сдвиг между двумя периодическими сигналами за любой выбранный период, наблюдать флюктуации подобных сдвигов и оценивать их статистические характеристики: математическое ожидание, дисперсию, среднее квадратическое отклонение. Возможно также, как и в рассмотренных выше цифровых фазометрах, выполненных по схемам с жесткой логикой работы, измерение среднего значения фазового сдвига.

Фазовый сдвиг между двумя гармоническими сигналами одной частоты можно измерить фазовым детектором.

Фазовращателем называется устройство, с помощью которого вводится в электрическую цепь известный и регулируемый фазовый сдвиг. Конструкция фазовращателя зависит от диапазона рабочих частот, для которого он предназначен.

Вопросы для самопроверки

1. Какой смысл вложен в понятие «фаза» сигнала?

2. Что называется фазовым сдвигом двух сигналов?

3. Перечислите основные методы измерения фазового сдвига.

4. В чем состоит метод линейной развертки измерения фазового сдвига?

5. На каком принципе работают компенсационные фазометры?

6. Как работает цифровой фазометр на основе микропроцессора?

1Вариант

Магнитоэлектрический миллиамперметр имеет верхний предел измерения 100 мА. Изменению измеряемого тока на 12 мА соответствует перемещение стрелки на 6 делений. Определить число делений, цену деления и чувствительность шкалы.

После ремонта амперметра с классом точности 1,5 и пределом измерения 5 А произвели его поверку. Наибольшая абсолютная погрешность составила 0,07 А. Сохранил ли амперметр свой класс точности после ремонта?

Вольтметр с внутренним сопротивлением 5 кОм включен с добавочным резистором, имеющим сопротивление 45 кОм. Определить во сколько раз увеличился предел измерения вольтметра. Нарисовать схему включения вольтметра с добавочным резистором.

Контрольная работа по дисциплине «Электротехнические измерения»

2Вариант

Вольтметр с верхним пределом измерения 600 В имеет чувствительность 0,25 дел/В. При измерении напряжения стрелка вольтметра отклонилась на 50 делений. Определить число делений шкалы, цену деления и измеренное вольтметром напряжение.

Амперметр с внутренним сопротивлением 1,2 Ом включен с шунтом, имеющим сопротивление 0,3 Ом. Определить во сколько раз увеличился предел измерения амперметра. Нарисовать схему включения амперметра с шунтом.

Амперметр с классом точности 2,5 и верхним пределом измерения 20А показал значение тока 11,5 А. Определить в каких пределах находится действительное значение тока.

При измерении тока в цепи указатель магнитоэлектрического миллиамперметра переместился на 10 делений с отметки 10 мА на отметку 20 мА. Шкала миллиамперметра имеет 100 делений. Определить верхний предел измерения прибора, цену деления и чувствительность шкалы.

Контрольная работа по дисциплине «Электротехнические измерения»

3Вариант

Амперметр, имеющий шкалу на 10 делений и верхний предел измерения 20 А, показал ток в цепи 15А. Определить цену деления, чувствительность шкалы и количество делений, на которое отклонилась стрелка при измерении тока.

При калибровке вольтметра, имеющего верхний предел измерения

50В, наибольшая абсолютная погрешность составила 1,1 В. Какой класс точности присвоен вольтметру?

Вольтметр, имеющий внутреннее сопротивление 200 Ом и верхний предел измерения 50 В, необходимо использовать для измерения напряжения до 450 В. Каким образом это можно сделать? Нарисовать схему и выполнить необходимые расчеты.

Действительное значение тока в цепи 5,23 А. Амперметр с верхним пределом измерения 10 А показал ток 5,3 А. Определить абсолютную, относительную и приведенную погрешности измерения .

Контрольная работа по дисциплине «Электротехнические измерения»

4Вариант

Миллиамперметр рассчитан на ток 200 мА и имеет чувствительность по току 0,5 дел/мА. Стрелка миллиамперметра отклонилась на 30 делений. Определить число делений шкалы, цену деления и измеренный ток.

Классы точности двух вольтметров одинаковы и равны 1. Верхний предел измерения первого вольтметра равен 50 В, а второго вольтметра равен 10 В. Определить в каком соотношении находятся наибольшие допустимые абсолютные погрешности вольтметров.

Магнитоэлектрический амперметр имеет внутреннее сопротивление 0,05 Ом и верхний предел измерения 5 А. Каким образом можно расширить предел измерения амперметра до 125 А? Нарисовать схему и произвести необходимые расчеты.

Через резистор с сопротивлением 8 Ом проходит действительный ток 2,4 А. При измерении напряжения на этом резисторе вольтметр показал напряжение 19,3 В. Определить абсолютную и относительную погрешности измерения напряжения.

Цель работы : изучить методы измерения электрических величин, принцип действия приборов магнитоэлектрической, электромагнитной, электродинамической и индукционной систем, рассчитать погрешность измерений.

Ход выполнения работы:

Объектами электрических измерений являются все электрические и магнитные величины: ток, напряжение, мощность, энергия, магнитный поток и т.д.

Электроизмерительные устройства широко применяются и для измерения неэлектрических величин (температуры, давления и т.д.), которые для этой цели преобразуются в пропорциональные им электрические величины. Такие методы измерений известны под общим названием электрических измерений неэлектрических величин. Применение электрических методов измерений дает возможность относительно просто передавать показания приборов на дальние расстояния (телеизмерение), управлять машинами и аппаратами (автоматическое регулирование), выполнять автоматически математические операции над измеряемыми величинами, записывать (например, на ленту) ход контролируемых процессов и т.д.

По типу отсчетного устройства различают аналоговые и цифровые приборы. В аналоговых приборах измеряемая или пропорциональная ей величина непосредственно воздействует на положение подвижной части, на которой расположено отсчетное устройство. В цифровых приборах подвижная часть отсутствует, а измеряемая или пропорциональная ей величина преобразуется в числовой эквивалент, регистрируемый цифровым индикатором. Микропроцессоры позволяют существенно повысить производительность и точность измерительных приборов, придавая им дополнительные функции обработки результатов измерений. Для исследования сложных объектов применяются автоматические измерительные системы представляющие собой совокупность датчиков, измерительных и регистрирующих приборов, устройств их сопряжения (интерфейс) и управления.

Измерение любой физической величины заключается в ее сравнении посредством физического эксперимента с принятым за единицу значением соответствующей физической величины, называемой мерой. Такое сравнение возможно при помощи либо прибора сравнения, либо прибора непосредственного отсчета, называемого также показывающим прибором. В последнем случае измеряемая величина определяется по шкале прибора, для градуировки которой необходима мера. В зависимости от того, как получаются результаты измерения, различают измерения прямые, косвенные и совокупные.

Если результат измерения непосредственно дает искомое значение исследуемой величины, то такое измерение принадлежит к числу прямых, например, измерение тока амперметром.

Если измеряемую величину приходится определять на основании прямых измерений других физических величин, с которыми измеряемая величина связана определенной зависимостью, то измерение относится к косвенным , как, например, измерение сопротивления элемента электрической цепи при измерении напряжения вольтметром и тока амперметром. Следует иметь в виду, что при косвенном измерении возможно существенное снижение точности по сравнению с точностью при прямом измерении из-за сложения погрешностей прямых измерений величин, входящих в расчетные уравнения.

В зависимости от способа применения приборов и мер принято различать следующие основные методы измерения: непосредственный, нулевой и дифференциальный.

При пользовании методом непосредственного измерения (или непосредственного отсчета) измеряемая величина определяется путем непосредственного отсчета показания измерительного прибора или непосредственного сравнения с мерой данной физической величины (измерение тока амперметром, измерение длины метром). В этом случае точность измерения определяется точностью показывающего прибора.

При измерении нулевым методом значение образцовой (известной) величины (или эффект ее действия) регулируется до равенства со значением измеряемой величины (или эффектом ее действия), которая фиксируется измерительным прибором. Прибор должен быть высокой чувствительности, он именуется нулевым прибором , или нуль – индикатором . Точность измерения нулевым методом очень высока и в основном зависит от точности образцовых мер и чувствительности нулевых приборов. Важнейшие среди нулевых методов электрических измерений – мостовые и компенсационные.

Еще большая точность может быть достигнута при дифференциальных методах измерения. В этих случаях измеряемая величина уравновешивается известной величиной не до полного равновесия, а путем прямого отсчета, измеряется разность измеряемой и известной величин. Дифференциальные методы применяются для сравнения двух величин, значения которых мало различаются.

Точность измерения характеризуется его возможными погрешностями. Эти погрешности при каждом конкретном измерении, не должны превышать некоторого определенного значения. В зависимости от способа числового выражения различают погрешности абсолютные и относительные, а применительно к показывающим приборам – еще и приведенные.

Абсолютная погрешность ∆А это разность между измеренным А из и действительным значениями измеряемой величины:

∆А =А из - А (1)

Например, амперметр показывает А из =9 А , а действительное значение тока А = 8,9 А , следовательно, ∆А = 0,1 А .

Чтобы определить действительное значение величины нужно к измеренному значению прибавить поправку – абсолютную погрешность, взятую с обратным знаком.

Точность измерения оценивается обычно не абсолютной, а относительной погрешностью – выраженным в процентах отношением абсолютной погрешности к действительному значению измеряемой величины:

А так как разница между А и А из обычно относительно мала, то практически в большинстве случаев можно считать, что

. (3)

Для приведенного примера измерения тока относительная погрешность

.

Для оценки точности самих показывающих измерительных приборов служит их приведенная погрешность . Так называется выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности показания ∆А к А ном – номинальному значению, соответствующему наибольшему показанию прибора:

, (4)

Если в рассмотренном примере предел измерения амперметра А ном = 10 А , то его приведенная погрешность

Погрешности прибора обуславливаются недостатками самого прибора и внешними влияниями. Приведенная погрешность, зависящая лишь от самого прибора, называется основной погрешностью .

Допускаемая основная погрешность электроизмерительного прибора определяет его класс точности. Обозначением класса точности служит допускаемая основная погрешность приборов, принадлежащих к этому классу: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5; 4. Принадлежность прибора к определенному классу указывает, что основная погрешность прибора на всех делениях шкалы не превышает значения, определяемого классом точности этого прибора (например, у прибора класса 1 допускаемая основная погрешность 1%). Отклонение внешних условий от нормальных вызывает дополнительные погрешности.

В зависимости от чувствительности к внешним магнитным или электрическим полям электроизмерительные приборы делятся на две категории: 1-приборы менее чувствительные и 2 – приборы более чувствительные.

Любой прибор непосредственного отсчета состоит из двух основных частей: измерительного механизма и измерительной цепи (измерительной схемы).

Назначение измерительного механизма – преобразование подводимой к нему электрической энергии в механическую энергию перемещения подвижной части и связанного с ней указателя. Измерительная цепь преобразует измеряемую электрическую величину (напряжение, ток, мощность и т.д.) в пропорциональную ей величину, непосредственно воздействующую на измерительный механизм. Например, в вольтметре измерительная цепь состоит из катушки измерительного механизма и добавочного резистора. При постоянстве сопротивления измерительной цепи ток в измерительном механизме вольтметра пропорционален измеряемому напряжению.

Один и тот же измерительный механизм в соединении с различными измерительными цепями может служить для измерения различных величин.

В зависимости от принципа действия измерительного механизма различают несколько систем показывающих приборов (магнитоэлектрическая, электромагнитная, электродинамическая, индукционная и др.).

В измерительных механизмах магнитоэлектрической системы вращающий момент создается взаимодействием измеряемого постоянного тока в катушке механизма с полем постоянного магнита. Существует два основных типа приборов магнитоэлектрической системы: приборы с подвижной катушкой (подвижной рамкой) и приборы с подвижным магнитом, причем первые применяются значительно чаще, чем вторые.

В магнитоэлектрическом механизме с подвижной катушкой (рис.1) последняя установлена на опорах и может поворачиваться в воздушном зазоре магнитной цепи постоянного магнита 1.

Магнитную цепь измерительного механизма образуют магнитопровод 2, полюсные наконечники 3 и цилиндрический сердечник 4, которые изготовляются из магнитомягкого материала.

Угол между направлениями вектора магнитной индукции В в воздушном зазоре и тока I в активной части проводников длиной l подвижной катушки равен 90 0 . Следовательно, на каждый из проводников действует электромагнитная сила:

а на подвижную часть механизма – вращающий момент:

где d – диаметр каркаса катушки с числом витков ω и площадью поперечного сечения S = l d; k вр = ω S d – коэффициент пропорциональности.

Так как противодействующий момент, создаваемый спиральными пружинами, прямо пропорционален углу закручивания, т.е. М пр = k пр α , то угол поворота катушки при равенстве моментов М вр = М пр прямо пропорционален измеряемому току:

,

где С пр – постоянная прибора («цена деления»).

Постоянный магнит создает сильное магнитное поле в воздушном зазоре магнитной цепи прибора (0,2-0,3 Тл), и даже при малых значениях измеряемых токов можно получить достаточный вращающий момент. Поэтому магнитоэлектрические приборы весьма чувствительны, внешние магнитные поля влияют на их показания, и их собственное потребление энергии относительно мало.

Для расширения пределов измерения приборы магнитоэлектрической системы, а также приборы других систем снабжают набором резисторов для делителей измеряемых величин. Резистор, включаемый последовательно с катушкой измерительного механизма, называется добавочным резистором ; резистор, который включается параллельно с катушкой измерительного механизма или с ветвью, содержащей катушку и добавочный резистор, называется шунтом .

При изменении направления тока изменяется и направление вращающего момента. При переменном токе на подвижную часть прибора действуют быстро чередующиеся вращающие моменты противоположного направления. Их результирующее действие не изменит положение подвижной части прибора. Для измерения переменного тока магнитоэлектрический измерительный механизм должен быть соединен с преобразователем. Преобразователем может быть, например, двухполупериодный выпрямитель.

В измерительных механизмах электромагнитной системы вращающий момент обусловлен действием магнитного поля измеряемого тока в неподвижной катушке прибора на подвижный ферромагнитный якорь. Механические силы в подобном устройстве стремятся переместить якорь так, чтобы энергия магнитного поля устройства стала возможно большей.

Магнитное поле прибора возбуждается самим измеряемым током и относительно слабое, так как большая часть пути магнитного потока происходит в воздухе. По этой причине у измерительного механизма электромагнитной системы малая чувствительность. Из-за слабости собственного магнитного поля прибор приходится защищать от внешних магнитных влияний. Для этого применяют ферромагнитные экраны или же измерительные механизмы изготовляются астатическими.

Общий принцип астатического устройства измерительной системы заключается в следующем. Число катушек в механизме удваивается, причем обе катушки в равной мере участвуют в образовании вращающего момента, но их собственные магнитные поля имеют противоположные направления. Всякое внешнее однородное магнитное поле, усиливая магнитное поле одной катушки, настолько же ослабляет магнитное поле второй катушки. В результате внешнее магнитное поле не изменяет общий вращающий момент измерительного механизма.

Класс точности электромагнитных приборов обычно не выше 1,5, главным образом из-за влияния гистерезиса (остаточного намагничивания), что особенно сказывается при измерениях постоянного тока, и потерь энергии на перемагничивание при измерениях переменного тока.

Электромагнитный измерительный механизм обладает рядом ценных свойств. Неподвижную катушку с током легко выполнить с достаточным запасом сечения проводов на случай перегрузок. Приборы этой системы допускают большие перегрузки, дешевы и просты по устройству. Электромагнитными приборами измеряют преимущественно переменные напряжения и токи (невысоких частот). В промышленных установках переменного тока низкой частоты большинство амперметров и вольтметров – приборы электромагнитной системы.

В электродинамических измерительных механизмах для создания вращающего момента используется взаимодействие двух катушек с токами.

Измерительный механизм этой системы состоит в основном из неподвижной и подвижной катушек. Противодействующий момент создают специальные пружины, которые вместе с тем служат для подвода тока в подвижную катушку. Последняя под действием электромагнитных сил стремится занять такое положение, при котором направление его магнитного поля совпадает с направлением поля неподвижной катушки (максимальная энергия суммарного магнитного поля).

Так как в приборе две катушки, то можно существенно расширить область применения этого механизма. В зависимости от назначения прибора изменяется и характер его шкалы.

В вольтметре обе катушки с большими числами витков обычно соединяются последовательно между собой и последовательно с добавочным резистором.

В электродинамических амперметрах на токи до 0,5 А подвижная и неподвижная катушки соединяются последовательно. При большем значении измеряемого тока I подвижная и неподвижная катушки соединяются параллельно.

Электродинамические приборы пригодны для измерений в цепях как постоянного, так и переменного тока, причем в обоих случаях шкала у приборов одна и та же.

В электродинамическом приборе измеряемые токи возбуждают относительно слабое магнитное поле в воздухе. Поэтому для получения достаточного вращающего момента нужны катушки измерительного механизма с большими числами витков и собственное потребление энергии прибором относительно велико. Из-за слабого магнитного поля прибор чувствителен к внешним магнитным влияниям; для защиты от этих влияний приборы имеют экраны. Так как условия охлаждения плохие (теплоотдача через слой воздуха), то электродинамические механизмы не допускают сколько-нибудь значительной перегрузки (в особенности амперметры). Наконец приборы этой системы дорогие. Однако благодаря отсутствию в магнитном поле ферромагнитных сердечников – элементов с нелинейными свойствами – точность электродинамического прибора может быть высокой – класса 0,2 и даже 0,1.

Индукционная измерительная система основана на использовании вращающегося магнитного поля. Если синусоидальные токи в двух катушках, определенным образом ориентированных в пространстве, не совпадают по фазе, то в части пространства результирующее магнитное поле этих двух катушек будет вращающимся вокруг некоторой оси. Если на этой оси находится тело из материала с малым удельным сопротивлением, то в нем возникнут вихревые токи. Взаимодействие вихревых токов с вращающимся магнитным полем создает вращающий момент, под действием которого тело придет в движение.

В индукционном измерительном механизме вращающий момент создается воздействием результирующего магнитного поля двух электромагнитов переменного тока на подвижную часть – алюминиевый диск, в котором это поле индуктирует вихревые токи. Электромагниты возбуждаются измеряемыми переменными токами. Поэтому значение вращающего момента зависит от значений токов в обоих электромагнитах и угла сдвига фаз между ними. Это ценное свойство индукционного измерительного механизма положено в основу построения приборов для измерения мощности и энергии в цепях переменного тока.

Контрольные вопросы и задания

Перечислите области применения электрических методов измерений.

В чем различие между аналоговыми и цифровыми приборами?

Что понимают под измерением физической величины?

Какие измерения относят к прямым, какие к косвенным?

Поясните сущность непосредственного, нулевого и дифференциального методов измерения.

Запишите определения и формулы абсолютной и относительной погрешностей.

Что означает класс точности прибора?

Из каких основных частей состоит прибор непосредственного отсчета?

Поясните принципы действия приборов магнитоэлектрической, электромагнитной, электродинамической и индукционной системы.

Определите абсолютную и приведенную погрешность вольтметра, рассчитанного на 250 В, если действительное значение напряжения 200 В, а вольтметр показывает 206,25 В.

Практическая работа № 10

Транскрипт

1 СРЕДНЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ З.А. ХРУСТАЛЁВА ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ Рекомендовано ФГУ «Федеральный институт развития образования» в качестве учебника для использования в учебном процессе образовательных учреждений, реализующих программы среднего профессионального образования Министерство образования и науки Российской Федерации ФГУ «Федеральный институт развития образования» Регистрационный номер рецензии 384 от Второе издание, стереотипное КНОРУС МОСКВА 2016

2 УДК 621.3(075.32) ББК я723 Х95 Рецензенты: А.В. Кочергина, преподаватель спецдисциплин Московского технического колледжа, В.А. Гурьев, начальник отдела НПО им. С.А. Лавочкина Х95 Хрусталёва З. А. Электротехнические измерения: учебник / З. А. Хрусталёва. 2-е изд., стер. М. : КНОРУС, с. (Среднее профессиональное образование). ISBN Изложены основы электротехнических измерений, принципы и методы измерения электрических и электронных величин, характеризующих параметры сигналов, цепей, полупроводниковых приборов. Рассмотрены основные метрологические характеристики средств измерений. Приведены структурные схемы измерительных приборов. Рассмотрены оценка и анализ погрешностей измерения и способы их уменьшения. Для студентов техникумов и колледжей, обучающихся по специальности «Вычислительные машины, системы, сети и комплексы» и «Техническое обслуживание средств вычислительной техники и компьютерных сетей». УДК 621.3(075.32) ББК я723 Хрусталёва Зоя Абдулвагаповна ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ Сертификат соответствия РОСС RU.АГ51.Н03820 от Изд Формат 60 90/16. Гарнитура «PeterburgC». Печать офсетная. Усл. печ. л. 13,0. Уч. изд. л. 7,6. ООО «Издательство «КноРус» , г. Москва, ул. Кедрова, д. 14, корп. 2. Тел.: Отпечатано в ООО «Центр геологических информационных технологий» , г. Москва, ул. Котляковская, д. 1, стр. 3. Хрусталёва З. А., 2016 ISBN ООО «Издательство «КноРус», 2016

3 ОГлавление Предисловие Введение Глава 1. Основные сведения о метрологии 1.1. Основы теории и практики измерений Основы теории погрешностей Контрольные вопросы Глава 2. Средства электротехнических измерений 2.1. Особенности цифровых измерительных приборов Измерительные генераторы Электронные осциллографы Контрольные вопросы Глава 3. Измерение основных электротехнических параметров 3.1. Измерение силы тока Измерение напряжения Измерение мощности Контрольные вопросы Глава 4. Измерение параметров элементов цепей 4.1. Общие сведения Метод амперметра вольтметра Мостовой метод Метод дискретного счета Резонансный метод Контрольные вопросы Глава 5. Измерение параметров сигнала 5.1. Общие сведения Измерение частоты и периода повторения сигнала Измерение фазового сдвига Измерение коэффициента нелинейных искажений Измерение амплитудно-частотных характеристик четырехполюсников Контрольные вопросы Глава 6. Измерение параметров полупроводниковых диодов, транзисторов и интегральных микросхем 6.1. Общие сведения Измерение параметров полупроводниковых диодов Измерение параметров биполярных и униполярных транзисторов

4 4 Оглавление 6.4. Измерение параметров интегральных микросхем Логические анализаторы Контрольные вопросы Глава 7. Автоматизация электротехнических измерений 7.1. Общие сведения Информационно-измерительные системы Измерительно-вычислительные комплексы Виртуальные приборы Интеллектуальные измерительные системы Контрольные вопросы Приложения Приложение 1. Электрические единицы измерения, используемые в электронике Приложение 2. Условные обозначения на шкалах электроизмерительных приборов Приложение 3. Сведения об аналоговых электронных вольтметрах некоторых типов Приложение 4. Таблица децибел и отношений напряжений (токов) и мощностей Список литературы

5 Предисловие Настоящий учебник предназначен для студентов средних профессиональных учебных заведений приборостроительных специальностей электронного профиля. В учебнике изложены основы теории электрических и электронных измерений (радиоизмерений), методы измерения электрических величин, используемых в электронике, рассмотрены средства измерения, а также приведены основные метрологические характеристики приборов, позволяющие из многообразия измерительных средств выбрать оптимальные для выполнения реальных метрологических задач. Учебник написан в соответствии с действующей примерной программой Государственного образовательного стандарта и входит в блок учебных пособий по предмету «Электротехнические измерения». Ранее издательством «КноРус» выпущены лабораторный практикум и сборник задач того же автора. Материал основан на многолетнем опыте преподавания названной дисциплины и изложен в доступной форме с учетом последних достижений в области электротехнических измерений. Для проверки полученных знаний после каждой главы приведены контрольные вопросы. Автор выражает глубокую признательность рецензентам А.В. Кочергиной и В.А. Гурьеву за ценные замечания, высказанные на этапе рецензирования рукописи. Отзывы и предложения по содержанию настоящего учебника следует направлять по адресу: , Москва, Б. Переяславская, 46, стр. 7, ООО «Издательство КноРус». Принятые сокращения АИМС АИП АМ АПП АРУ АЦП АЧХ ВАХ ВЧ аналоговая интегральная микросхема аналоговый измерительный прибор амплитудная модуляция автономные программируемые приборы автоматическая регулировка усиления аналого-цифровой преобразователь амплитудно-частотная характеристика вольт-амперная характеристика высокие частоты

6 6 Предисловие ГВЧ ГЗЧ ГИ ГЛИН ГНЧ ГС ГСВЧ ГСП ГСС ГУЗЧ ЗУ ЗЧ ИВК ИГ ИЗЧ ИИС ИМС КВО КГО КИС КСВ ЛА МПК НЧ ОС ООС ОУ ПЗУ ПК ПОС генератор высоких частот генератор звуковых частот генератор импульсов генератор линейно-изменяющегося напряжения генератор низких частот генератор сигналов генератор сверхвысоких частот государственная система приборов генератор стандартного сигнала генератор ультразвуковых частот запоминающее устройство звуковые частоты измерительно-вычислительный комплекс измерительный генератор инфразвуковые частоты информационно-измерительная система интегральная микросхема канал вертикального отклонения луча канал горизонтального отклонения луча компьютерно-измерительная система коэффициент стоячей волны логический анализатор микропроцессорный контроллер низкие частоты обратная связь отрицательная обратная связь операционный усилитель постоянное запоминающее устройство персональный компьютер положительная обратная связь

7 Предисловие 7 ПСД РА РЭА СВЧ СИ УЗЧ УПТ УУ Ф ФАПЧ ФВ ФЛ ФВЧ ФНЧ ЦАП ЦИ ЦИМС ЦИП ЧМ ША ШД ШУ ЭВ ЭВМ ЭЛТ ЭО ЭЧ плата сбора данных радиоаппаратура радиоэлектронная аппаратура сверхвысокие частоты синхроимпульсы ультразвуковые частоты усилитель постоянного тока устройство управления формирователь фазовая автоподстройка частоты фазовращатель фигура Лиссажу фильтр верхних частот фильтр нижних частот цифро-аналоговый преобразователь цифровой индикатор цифровая интегральная микросхема цифровой измерительный прибор частотная модуляция шина адреса шина данных широкополосный усилитель электронный вольтметр электронная вычислительная машина электронно-лучевая трубка электронный осциллограф электронный частотомер Условные обозначения с цена деления (постоянная прибора) s чувствительность прибора

8 8 Предисловие к ш А А и А н P В Р А I В U А υ γ д γ пр k 1, k 2, k n R W C W L C L f F А max А min D I D U D F R уд I R уд~i пересчетный коэффициент шкалы в многопредельном приборе показание рабочего прибора показание образцового прибора (истинное значение) номинальное значение потребляемая вольтметром мощность потребляемая амперметром мощность потребляемый вольтметром ток падение напряжения на амперметре точность измерения абсолютная погрешность действительная относительная погрешность приведенная относительная погрешность показатели степени сопротивление резистора энергия, запасенная конденсатором энергия, запасенная катушкой индуктивности емкость конденсатора индуктивность катушки высокая (несущая) частота низкая (модулирующая) частота максимальное значение измеряемого параметра минимальное значение измеряемого параметра диапазон измерения по току диапазон измерения по напряжению диапазон измерения по частоте удельное сопротивление по постоянному току мультиметра удельное сопротивление по переменному току мультиметра

9 Предисловие 9 R x «0» U dв c г c в s Y s X А в А г n в n г А U (k U) U 0 U 1 h 21Б (h 21Э) I сво U F I R U Z h 22 f гр измеряемое сопротивление резистора установка показаний индикатора на нуль калибровка напряжение в децибелах цена деления масштабной сетки осциллографа по горизонтали цена деления масштабной сетки осциллографа по вертикали чувствительность осциллографа по каналу Y чувствительность осциллографа по каналу X значение параметра сигнала по вертикали на экране осциллографа значение параметра по горизонтали на экране осциллографа линейный размер параметра по вертикали в делениях (клетках) масштабной сетки осциллографа линейный размер параметра по горизонтали в делениях (клетках) масштабной сетки осциллографа коэффициент усиления по напряжению уровень логического нуля (значение напряжения в нуле) уровень логической единицы (значение напряжения в единице) коэффициент передачи тока в схеме с общей базой (общим эмиттером) обратный ток коллектора (ток неосновных носителей) прямое напряжение диода обратный ток диода напряжение стабилизации выходная проводимость граничная частота

10 10 Предисловие U 01 (U 02) U 10 (U см) I пот I вх U ип U m U выходное напряжение на первом (втором) выходе ИМС напряжение смещения ИМС потребляемый ток ИМС входной ток на прямом и инвертирующем входе ИМС напряжение питания амплитудное значение напряжения среднеквадратичное значение синусоидального напряжения

11 Введение Человек стал измерять параметры материального мира еще в доисто рические времена. В процессе развития торговли, ремесел, техники, промышленности роль измерений возрастала, и сегодня научнотехнический прогресс без измерений невозможен. Исторические документы свидетельствуют о том, что по мере развития человечества возникало и возникает множество проблем, для решения которых необходимо располагать количественной информацией о том или ином свойстве объектов материального мира (процесса, явления, вещества). Для получения такой информации и необходимы измерения, правильность выполнения которых обеспечивает достоверный результат. Без проведения широкого комплекса измерений неосуществим научный поиск, проектирование и изготовление любого сооружения или изделия (здания, плотины, станка, самолета, ракеты и т.д.). Важное значение измерений для науки подчеркивали многие ученые мира во все времена. Галилео Галилей говорил: «Измеряй все доступное измерению и делай доступным все недоступное ему». Макс Планк отмечал: «В физике существует только то, что можно измерить». Основоположник отечественной метрологии Д.И. Менделеев значение и роль измерений для науки сформулировал так: «В природе мера и вес суть главное оружие познания. Наука начинается с тех пор, как начинают измерять. Точная наука немыслима без меры». Физика и химия стали науками лишь тогда, когда были найдены точные единицы учета, познаны законы их развития. Электричество, например, стало достуным для изучения и применения после установления вольт и ампер. Проверка правильности показаний измерительных приборов и средств измерений была, есть и будет важнейшей задачей пользователей. Значимость поверки измерительных инструментов подтверждается дошедшими до нас фактами из истории. В Древней Бухаре (Средняя Азия) в XVII в. уже следили за правильностью мер веса и длины. Очевидец об этом рассказывал так: «Вот едет худой старец в большой белоснежной чалме, в богатом парчовом халате. Под ним хороший конь с богатой сбруей, золоченое седло и посеребренные стремена. За ним следуют быстрым шагом девять здоровых молодых людей с палками. Это едет блюститель меры веса и длины на базарах, суровый цензор нравственности "правоверного города". Среди базарного люда заме-

12 12 Введение шательство и любопытство. Вот блюститель въезжает в ряд шелковых тканей, где сидят купцы, важные и степенные. Он поравнялся с одной из лавок, попридержал коня и слегка кивнул головой на торговца. Моментально к тому подбегает кто-нибудь из слуг блюстителя с образцом базарного аршина и, сравнив последний с тем, что было у купца, быстро возвращается к раису (блюстителю) и показывает, что газ (мера длины) купца несколько короче установленного образца. Блюститель называет одну какую-либо цифру (но всегда нечетную), например одиннадцать. Тогда к продавцу приближаются двое слуг блюстителя с палками. Один сталкивает его с прилавка и быстро вскидывает себе на спину, другой закидывает ему халат и рубашку на голову и, спустив штаны, начинает наносить палкой удары. Если виновный кричит, то счет палочных ударов начинают снова с того удара, при котором наказуемый перестал кричать. По окончании экзекуции продавец, обливаясь горькими слезами от боли и стыда, с волочащимися по земле штанами, подходит к блюстителю и целует ему руку. Преступление обнаружено и преступник наказан. Блюститель едет дальше...». Невозможно и, пожалуй, не нужно искать конкретные даты возникновения электронных измерений, или радиоизмерений. Изобретатель радио А.С. Попов с полным правом может и должен считаться родоначальником науки о радиоизмерениях. Им создан первый радиоизмерительный прибор грозоотметчик. Первая в России лаборатория, изготовлявшая радиоизмерительные приборы, организована в 1913 г. академиком М.В. Шулейкиным, а в 1918 г. эта работа была продолжена и расширена коллективом Нижегородской лаборатории. Сами технологические процессы в настоящее время в значительной мере состоят из измерительных операций. Например, для изготовления современного авиационного двигателя нужно выполнить более 100 тыс. различных технологических операций, почти половина из которых контрольные, связанные с теми или иными измерениями. Разнообразные измерения повседневно количественно характеризуют окружающий нас мир, раскрывают действующие в нем закономерности. В России ежеминутно выполняются миллионы измерений с помощью огромного парка измерительных приборов от знакомых каждому торговых весов до сложнейших информационноизмерительных систем. Можно выделить три главные функции измерений в современном мире: контроль и регулирование технологических процессов;

13 Введение 13 контроль физических величин, технических параметров, характеристик процессов при научных исследованиях; учет продукции при различных формах хозяйствования. Высокая точность при управлении космическими полетами во многом достигнута благодаря постоянному совершенствованию средств и методов измерений. В США 50% ассигнований на космические исследования составляют затраты на измерительную технику. В России 25% бюджета электронной, авиационной и химической промышленности составляют затраты на измерительную технику для этих областей. Особое место в настоящее время отводится измерениям в борьбе за экономию ресурсов и повышение качества продукции, а также при проведении сертификационных испытаний. Электротехнические измерения широко используются во многих сферах жизни: медицине (компьютерная томография, кардиографы и многое другое); торговле (весовая измерительная база, терминалы); службе ГИБДД (определение скорости перемещения автомобиля, основанное на эффекте Доплера); службе времени (разнообразные часы); быту (счетчики для учета расхода воды, электроэнергии, тепла). Широкое использование электротехнических измерений в смежных отраслях, например в микроэлектронике для оценки изделий и технологических процессов, решает проблемы повышения качества продукции, а качество в условиях рыночной экономики является важнейшим показателем конкурентоспособности любого изделия. Одно из главных направлений развития современной измерительной техники переход на цифровые методы с использованием приборов с цифровым отсчетом, автоматизация измерений и дальнейшее развитие компьютерно-измерительных систем (КИС), в частности, их разновидности виртуальных измерительных приборов.

14 Глава 1. Основные сведения о метрологии 1.1. Основы теории и практики измерений Общие сведения. Электротехнические измерения представляют собой совокупность электрических и электронных измерений, которые можно рассматривать как один из разделов метрологии. Название «мет ро логия» образовано от двух греческих слов: metron мера и logos слово, учение; дословно: учение о мере. В современном понимании метрологией называют науку об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. Огромное количество измерений производится с помощью разных по принципу действия и точности средств измерения. Результаты измерений, полученные экспериментаторами в разное время и в разных местах, должны быть сопоставимы между собой. Необходимо также обеспечить единство измерений в масштабах каждого предприятия и всего государства в целом. Поэтому органы метрологического надзора наделены законодательными функциями. Нормативно-техническая документация разрабатывается с учетом норм и правил выполнения измерений, а также требований, направленных на достижение единства измерений. Порядок разработки и испытаний средств измерения, термины, определения, единицы физических величин и правила их применения унифицированы и узаконены стандартами Государственной системы обеспечения единства измерений (ГСИ) и другими обязательными к применению нормативными документами. Результат измерения любой физической величины представляет собой значение этой физической величины, полученное путем ее измерения. Результат измерения состоит из двух частей: числа, определяющего соотношение между измеряемой величиной и единицей измерения, и наименованием единицы измерения. Запись любого результата измерения должна содержать пробел в один символ между частями, в противном случае может появиться неоднозначность ее прочтения: запись 100 Ом может быть понята как 1000 м и т.д. Электронные измерения, как и электрические, сводятся в конечном счете к измерению силы тока, напряжения, мощности и частоты. Однако при этом имеют ряд существенных особенностей:

15 1.1. Основы теории и практики измерений Спектр частот электромагнитных колебаний, используемый в электронике, простирается от сверхнизких частот (доли Гц) до частот, соответствующих инфракрасным и световым волнам (десятки ГГц). В зависимости от частоты для измерения одной и той же величины требуются измерительные приборы, различные по конструкции и принципу действия. Например, для измерения мощности при постоянном токе необходимо знать силу тока и падение напряжения на данном участке цепи или сопротивление: P = I U = I 2 R = U 2 / R. (1.1) В области ВЧ и СВЧ понятия силы тока и напряжения теряют физический смысл (из-за большой погрешности измерения), поэтому о мощности судят по энергии, преобразованной в тепло, свет и пр. Кроме того, на разных частотах сами элементы цепи могут иметь также различные свойства. Например, идеальный конденсатор без потерь можно представить эквивалентной схемой, показанной на рис. 1.1, а в виде последовательного соединения собственно конденсатора С и катушки индуктивности L С, создаваемой его выводами. Рис Эквивалентная схема идеального конденсатора без потерь (а) и график зависимости сопротивлений x L, x C, z от частоты f (б) Зависимость индуктивного и емкостного сопротивления конденсатора выражается известными формулами: x L = ωl C ; (1.2) x C = 1/ωC, (1.3) а общее сопротивление конденсатора формулой На рисунке 1.1, б показана зависимость сопротивлений x L, x C и z идеального конденсатора от частоты f, из которой следует, что на

17 1.1. Основы теории и практики измерений 17 Измерение это процесс нахождения значения физической величины опытным путем с помощью специальных средств. В зависимости от способа получения результата измерения делятся на прямые и косвенные. При прямых измерениях искомая физическая величина определяется непосредственно по индикатору прибора: напряжение вольтметра, частота частотомера, сила тока амперметра. Прямые измерения очень распространены в метрологической практике. При косвенных измерениях интересующая нас величина находится расчетным путем по результатам измерений других величин, связанных с искомой величиной определенной функциональной зависимостью. Например, измерив силу тока и напряжение, на основании известной формулы можно определить мощность: P x = U I. Косвенные измерения также часто применяются в метрологической практике. Мера (прибор) это средство измерения, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера. По своему метрологическому значению, по той роли, которую они играют в деле обеспечения единообразия и верности, меры делятся на образцовые и рабочие. Эталон это тело или устройство самой высокой точности, служащее для воспроизведения и хранения единицы физической величины и передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме. Примером точности эталона может служить Российский государственный эталон времени, погрешность которого за лет не будет превышать 1с. Физическая величина это свойство, общее в качественном отношении для множества объектов, физических систем, их состояний и происходящих в них процессов, но индивидуальное в количественном отношении для каждого из них. По принадлежности к различным группам физических процессов физические величины делятся на электрические, магнитные, пространственно-временны2е, тепловые и пр. Значение физической величины это оценка физической величины в принятых единицах измерения (например, 5 ма значение силы тока, причем 5 это числовое значение). Именно этот термин применяют для выражения количественной характеристики рассматриваемого свойства. Не следует говорить и писать «величина силы тока», «величина напряжения», поскольку сила тока и напряжение сами являются величинами. Следует использовать термины «значение силы тока», «значение напряжения».

18 18 Глава 1. Основные сведения о метрологии При выбранной оценке физической величины ее можно охарактеризовать истинным и действительным (измеренным) значением измеряемой физической величины. Единица физической величины это физическая величина, которой по определению присвоено стандартное числовое значение, равное единице. Единицы физических величин подразделяются на основные и производные. Из-за большого диапазона реальных значений большинства измеряемых физических величин применение целых единиц не всегда удобно, поскольку в результате измерений получаются большие или малые их значения. Поэтому в системе измерений СИ (SI система интернациональная) установлены дольные и кратные единицы. В России действует ГОСТ «ГСН. Единицы физических величин», устанавливающий международную систему единиц СИ. В Приложении 1 приведены единицы физических величин, используемые в электротехнике и электронике, а также соотношения кратных или дольных единиц и основных единиц. Эти соотношения образуются с помощью множителей. Кратная единица физической величины всегда больше основной (системной) в целое число раз. Например, мегаом (10 6 Ом), киловольт (10 3 В). Дольная единица физической величины меньше основной (системной) в целое число раз. Например, нанофарад (10 9 Ф), микроампер (10 6 А). Истинное (действительное) значение физической величины это значение, свободное от погрешности. Нахождение истинного значения является главной проблемой метрологии, так как погрешности при измерении неизбежны. В связи с этим на практике за истинное значение принимают показание образцовой меры (прибора), погрешность которой пренебрежимо мала по сравнению с погрешностью применяемых рабочих мер (приборов). Измеренное значение физической величины это значение величины, отсчитанное по рабочей мере (прибору). Измерительный прибор это средство измерения, в результате применения которого измеряемая физическая величина становится показанием. Измерительные приборы, используемые в электронике, по принципу действия подразделяются на электромеханические и электронные. В электронных аналоговых измерительных приборах в качестве стрелочных индикаторов часто используются электромеханические приборы.

19 Список литературы 1. Винокуров В.И., Каплин С.И., Петелин И.Г. Электрорадиоизмерения / под ред. проф. В.И. Винокурова. М. : Высшая школа, Дворяшин Б.В. Основы метрологии и радиоизмерения. М. : Радио и связь, Измерения в электронике: справочник / под ред. д-ра техн. наук, проф. В.А. Кузнецова. М. : Энергоиздат, Классен К.Б. Основы измерений. Электронные методы и приборы в измерительной технике. М. : Постмаркет, Метрология и электрорадиоизмерения в телекоммуникационных системах: учебник / В.И. Нефедов [и др.] ; под. ред. В.И. Нефедова. М. : Высшая школа, Метрология, стандартизация и измерения в технике связи / Б.П. Хромой [и др.] ; под. ред. Б.П. Хромого. М. : Изд-во стандартов, Метрология. Основные термины и определения РМГ ИПК. М. : Изд-во стандартов, Мирский Г.Я. Электронные измерения. М. : Радио и связь, Рабинович С.Г. Погрешности измерений. Л. : Энергии, Хайт Х. Введение в измерительную технику: пер. с нем. М. : Мир, Хрусталева З.А., Парфенов С.В. Электрические и электронные измерения в задачах, вопросах и упражнениях. М. : Издательский центр «Академия», 2009.

СРЕДНЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ З.А. ХРУСТАЛЁВА ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ. ЗАДАЧИ И УПРАЖНЕНИЯ Рекомендовано ФГУ «Федеральный институт развития образования» в качестве учебного пособия для использования

СРЕДНЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ З.А. ХРУСТАЛЁВА ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ Рекомендовано ФГУ «Федеральный институт развития образования» в качестве учебника для использования в учебном процессе

СРЕДНЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ З.А. ХРУСТАЛЁВА ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ. ПРАКТИКУМ Рекомендовано ФГУ «Федеральный институт развития образования» в качестве учебного пособия для использования

ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ ГОРОДА МОСКВЫ Государственное бюджетное образовательное учреждение среднего профессионального образования города Москвы МОСКОВСКИЙ ТЕХНИКУМ ИНФОРМАТИКИ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Мордовский государственный университет им.

3 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1 Измерение напряжений 1. Цель работы. 1.1. Овладеть методами измерения напряжений в цепях электронных схем. 1.2. Получить навыки работы с электронными аналоговым и цифровым вольтметрами.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «НИЖНЕКАМСКИЙ НЕФТЕХИМИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ» КОНТОЛЬНАЯ РАБОТА ПО ДИСЦИПЛИНЕ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ

СРЕДНЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ З.А. ХРУСТАЛЁВА МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ Практикум Рекомендовано ФГУ «Федеральный институт развития образования» в качестве учебного пособия для использования

Рыльский авиационный технический колледж филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный технический университет

Кузенков М.В. Организационно-методические указания по освоению дисциплины МЕТОДЫ, ТЕХНИКА ИЗМЕРЕНИЙ И МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ДАННЫХ КРАСНОЯРСК 2007 Дисциплина "Методы, техника измерений и математическая

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное бюджетное образовательное учреждение Высшего профессионального образования «Томский государственный архитектурно-строительный университет» (ТГАСУ) ДИОДЫ С ПЕРЕМЕННОЙ ЕМКОСТЬЮ.

СРЕДНЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ Р.В. Медведева, В.П. Мельников СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ Под редакцией профессора Р.В. Медведевой Рекомендовано ФГУ «Федеральный институт развития образования» в качестве

МИНОБРНАУКИ РОССИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ПОВОЛЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СЕРВИСА» (ФГБОУ ВПО «ПВГУС») УДК 621.3(075.8)

ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ КЕМЕРОВСКОЙ ОБЛАСТИ Государственное образовательное учреждение среднего профессионального образования «Кемеровский коммунально-строительный техникум» имени В.И. Заузелкова

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования- «Оренбургский государственный университет» Колледж электроники и бизнеса

Примерный тематический план и содержание учебной дисциплины «Электротехника и электроника» Тема.. Электрические цепи постоянного тока Практическое занятие Расчет электрических цепей при последовательном,

Лабораторная работа 8 Вынужденные колебания в последовательном колебательном контуре Цель работы: исследование амплитудно-частотной и фазовочастотной зависимостей напряжения на конденсаторе в последовательном

МИНОБРНАУКИ РОССИИ ФГБОУ ВПО «УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра автоматизации производственных процессов С.П. Санников В.М. Машков МЕТРОЛОГИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЯХ Часть

СОГЛАСОВАНО Регистраторы параметров ударного импульса РПУ- Внесены в Государственный реестр средств измерения Регистрационный Ns 4С I5 О 5 ^С Взамен Ns Выпускается по техническим условиям КЕУЮ.469.002

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Р.

Государственное бюджетное образовательное учреждение Астраханской области среднего профессионального образования «Астраханский колледж вычислительной техники» МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ И КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

Основные положения теории.... Предварительная подготовка... 5 3. Задание на проведение эксперимента... 8 4. Обработка результатов экспериментов... 3 5. Вопросы для самопроверки и подготовке к защите

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Р.Е.

МИНИСТЕРСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ И НАУКЕ РФ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» НОЯБРЬСКИЙ ИНСТИТУТ НЕФТИ И

УТВЕРЖДАЮ зав. кафедрой Радиофизики А.Л. Якимец МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФГБОУ ВПО «ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» ФАКУЛЬТЕТ ФИЗИКИ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ КАФЕДРА «Радиофизики»

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра метрологии и управления качеством УТВЕРЖДАЮ Заведующий кафедрой доцент Кремчеев Э.А. сентября 2016 г.

ВВЕДЕНИЕ Электрические величины, такие как сила тока, напряжение, сопротивление, эдс и т.п., непосредственно наблюдателями не воспринимаются. Поэтому в электроизмерительных приборах исследуемая величина

Белов Н. В., Волков Ю. С. Электротехника и основы электроники: Учебное пособие. 1-е изд. ISBN 978-5-8114-1225-9 Год выпуска 2012 Тираж 1500 экз. Формат 16,5 23,5 см Переплет: твердый Страниц 432 Цена 1

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ САМАРСКИЙ ордена ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени академика С.П.КОРОЛЕВА ИЗУЧЕНИЕ ПРИНЦИПОВ РАБОТЫ БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА САМАРА

Учреждение образования «Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины» УТВЕРЖДАЮ Проректор по учебной работе УО «ГГУ им. Ф. Скорины» И.В. Семченко (подпись) (дата утверждения) Регистрационный

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Факультет автоматики и вычислительной техники

Усилительные схемы, выполненные на основе микросхем операционных усилителей (ОУ) Введение При расчете усилителей на микросхемах ОУ целесообразно использовать известные при расчете линейных электрических

МИНОБРНАУКИ РОССИИ ФГБОУ ВПО «УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра автоматизации производственных процессов В. М. Машков С. П. Санников ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Брянский государственный технический университет УТВЕРЖДАЮ Ректор университета О. Н. Федонин 2014 г. СОВРЕМЕННАЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА Методические

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра ИНФОРМАТИКИ И МЕТОДИКИ

Место дисциплины в структуре образовательной программы Дисциплина «Основы электротехники и электроники» является дисциплиной базовой части. Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями Федерального

Оглавление Основные сокращения 3 Предисловие 9 Раздел 1. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА 14 Глава!. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА... 14 1.1. Основные понятия, элементы и законы цепей 14 1.1.1. Пассивные элементы

Лекция 8 Тема 8 Специальные усилители Усилители постоянного тока Усилителями постоянного тока (УПТ) или усилителями медленно изменяющихся сигналов называются усилители, которые способны усиливать электрические

1 Лабораторная работа 17 Исследование работы диодных ограничителей Четырехполюсник, на выходе которого напряжение () остается практически неизменным и равным U 0, в то время как входное напряжение () может

Лекция 11 Тема: Аналоговые интегральные микросхемы (Продолжение). 1) Операционные усилители. 2) Параметры ОУ. 3) Схемотехника ОУ. ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ Операционными усилителями (ОУ) называют усилители

Основные положения теории.... Предварительная подготовка... 5 3. Задание на проведение эксперимента... 5 4. Обработка результатов экспериментов... 5. Вопросы для самопроверки и подготовке к защите работы...

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Курганский государственный университет» Кафедра

ОПИСАНИЕ ТИПА СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ для Государственного реестра средств измерений УТВЕРЖДАЮ Директор Республиканского унитарного предприятия «Белорусский государственный институт метрологии» Н.А. Жагора

Лекция 5 СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ И И ПОГРЕШНОСТИ 5.1 Виды средств измерений Средство измерения (СИ) это техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики,

ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие...5 Введение... 6 Ч А С Т Ь П Е Р В А Я ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И МАГНИТНЫЕ ЦЕПИ Глава 1. Электрические цепи постоянного тока...10 1.1. Величины, характеризующие электрическое состояние цепи.

Министерство образования Российской Федерации Восточно-Сибирский государственный технологический университет ОСНОВЫ РАДИОТЕХНИКИ Методические указания к лабораторным работам для студентов направления 653800

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Физико-технический факультет Кафедра оптоэлектроники

ГОСТ 22765-89 Трансформаторы питания низкой частоты, импульсные и дроссели фильтров выпрямителей. Методы измерения электрических параметров Срок действия с 01.07.90 до 01.07.95* * Ограничение срока действия

Б А К А Л А В Р И А Т Э.Г. Миронов, Н.П. Бессонов Метрология и технические измерения Допущено УМО вузов по университетскому политехническому образованию в качестве учебного пособия для студентов вузов,

Лабораторная работа 4 Активные RC-фильтры («АRC-Ф») 1. Цель работы. Изучение принципов работы, исследова ние амплитудных и частотных характеристик и параметров активных RC-фильтров нижних и верхних частот,

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования «Санкт Петербургский государственный университет телекоммуникаций им.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Бийский технологический институт (филиал) государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Алтайский государственный технический

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тюменский государственный нефтегазовый университет» «Институт промышленных технологий

1А Лист 1 из 13 2А Лист 2 из 13 Паспорт фонда оценочных средств В результате освоения учебной дисциплины Радиоприёмная аппаратура обучающийся должен обладать предусмотренными ФГОС по специальности (11.02.01.)Радиоаппаратостроение

Лабораторная работа 1 ИЗМЕРЕНИЕ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ ПРИБОРАМИ НЕПОСРЕДСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ Цель работы: Изучить методы и приборы для измерения переменного тока и переменного напряжения, определить

Содержание Введение... 5 1. Обзор методов и средств измерения постоянного и переменного напряжения... 7 1.1 Обзор методов измерения постоянного и переменного напряжений... 7 1.1.1. Метод непосредственной

Федеральное агентство по образованию САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Н. Г. ЧЕРНЫШЕВСКОГО Кафедра радиофизики и нелинейной динамики Рабочая программа по дисциплине Спецкурс. Радиоизмерения

Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО «Сибирская государственная геодезическая академия» УТВЕРЖДАЮ Проректор по УР В.А. Ащеулов ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА Рекомендуется Минобразованием

Широкополосные вольтметры высшей точности для поверки средств измерений ВЧ-напряжений Измерение уровня переменного высокочастотного напряжения является одним из самых распространенных видов радиоизмерений.

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет Институт информационных технологий и управления Кафедра «Измерительные информационные технологии» Валугин И.Г., Дьяченко Ю.Н. Моделирование

Министерство образования и науки Российской Федерации Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет ЛЭТИ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к выполнению лабораторной работы по дисциплине Микроволновая

Областное государственное бюджетное образовательное учреждение среднего профессионального образования «Иркутский авиационный техникум» УТВЕРЖДАЮ Директор ОГБОУ СПО «ИАТ» В.Г. Семенов Комплект методических

Приложение к свидетельству 42641 Лист 1 об утверждении типа средств измерений ОПИСАНИЕ ТИПА СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ Калибраторы напряжения переменного тока широкополосные Н5-6/1 Назначение средства измерений

Измерение – это информационный процесс получения опытным путем численного отношения между данной физической величиной и стандартом.

Результат измерения – именованное число, найденное путем измерения физ.величины. За результат измерения может быть принято действительное значение измеряемой величины. Одна из основных задач измерения – оценка степени приближения или разности между истинным и действительными значениями измеряемой физической величины – оценка погрешности измерения.

Погрешности измерения – это отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины. Погрешность измерения является непосредственной характеристикой точности измерения.

Точность измерения – степень близости результата измерения к истинному значению измеряемой физ. величины. Измерение уменьшает исходную неопределенность значения физической величины до уровня неизбежной остаточной неопределенности, определяемой погрешностью измерения. Значение погрешности измерения зависит от степени совершенства технических средств измерения (класса точности), способа их использования и условий проведения эксперимента.

Классом точности называют приведенную относительную погрешность выраженную в процентах:

,

где – нормированное число. Обычно за принимают предельное значение (шкалу) показания прибора.

Пример: Шкала прибора 150В, класс точности прибора 0,5. Ошибка измерения составит:

.

Принцип измерения – это физическое явление или совокупность физических явлений, положенных в основу измерения.

Пример: Измерение температуры с использованием термоэффекта (термопара). Измерение тока – взаимодействие рамки с током с магнитным полем.

Измерительный эксперимент – это научно обоснованный опыт для получения количественной информации с требуемой точностью или возможной точностью определения результата измерений. Проведение измерительного эксперимента предполагает наличие тех. устройств, которые могут обеспечить заданную точность получения результата. Технические устройства участвующие в эксперименте, заранее нормируются по показателям точности и относятся к средствам измерений.

Средство измерения – это техническое устройство, используемое в измерительном эксперименте и имеющее нормированные характеристики точности.

Измерительная информации – это количественные сведения о свойствах материального объекта, явления или процесса, получаемые с помощью средств измерений в результате их взаимодействия с объектом. Единица измерения – байты.

Количество измерительной информации – это численная мера уменьшения неопределенности количественной оценки свойств объекта. Взаимодействие объекта исследования и средств измерений в процессе эксперимента предполагает наличие сигналов, которые являются носителями информации. Важными носителями информации являются электрический ток, напряжение, импульсы тока и другие параметры.

Измерительный сигнал – сигнал функционально связанный с измеряемой физической величиной с заданной точностью.

Метод измерения – это совокупность приемов использования принципов и средств измерений.

Например: измерение емкости конденсатора путем измерения падения напряжения на конденсаторе цифровым вольтметром.

Единство измерений – такое состояние измерений, при котором их результаты выражены в указанных единицах, а погрешности измерений известны с заданной вероятностью. Единство измерений позволяет сравнивать результаты различных экспериментов, проведенных в различных условиях, выполненных в разных местах с использованием разных методов и средств измерений. Это достигается путем точного воспроизведения и хранения установления единиц физической величины и передачи их размеров применяемым средствам измерений. Перечисленные вопросы составляют предмет метрологии.

Измерение электрических величин

В цепях переменного тока электромеханические приборы в основном измеряют не амплитудное, а действующее значение синусоидальной величины. Действующее значение меньше амплитудного значения в 1,41 раза. .

Измерение тока – для измерения тока служит амперметр. Амперметр включается в цепь последовательно с измеряемым объектом. Внутренне сопротивление идеального амперметра равно нулю.

Рис. – Электрическая схема включения амперметра

Измерение напряжения – для измерения напряжения служит вольтметр. Вольтметр включается в цепь параллельно измеряемому объекту. Внутренне сопротивление идеального вольтметра равно нулю.

Рис. – Электрическая схема включения вольтметра

Измерение активной мощности

Для измерения активной мощности служит ваттметр. Ваттметр имеет четыре конца: два конца подключаются параллельно измеряемому объекту – как вольтметр, а два конца последовательно с измеряемым объектом – как амперметр.

Рис. – Электрическая схема включения ваттметра

Измерение сопротивлений.

Для измерения сопротивлений служит Омметр. Величину сопротивления можно измерить косвенно по закону Ома измеряя протекающий через сопротивление ток и измеряя падения или методом сравнения с эталоном.

Вероятные вопросы интернет тестирования по теме 7(электрические измерения) :

1.Внутреннее сопротивление идеального вольтметра равно:

(а) нулю;

(б) бесконечности;

2.Внутреннее сопротивление идеального амперметра равно:

(а) нулю;

(б) бесконечности;

(в) внутреннему сопротивлению источника;

(г) выходному сопротивлению схемы измерения.

3.Класс точности измерительного прибора:

(а) относительная погрешность;

(б) приведенная относительная погрешность выраженная в процентах;

(в) приведенная к шкале погрешность;

(г) абсолютная погрешность выраженная в процентах.

4. Ваттметр измеряет:

(а) Реактивную мощность

(б) Активную мощность

(в) Полную мощность S

(г) коэффициент мощности

Похожая информация.