66504

Электроизмерительные приборы, описание устройства, принципа действия и характеристик изучаемых приборов

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Ознакомиться с классификацией назначением устройством принципом действия и характеристиками основных типов измерительных приборов. По представленным наглядным образцам и макетам уяснить принципы работы приборов и варианты их конструктивного исполнения отразив в отчете их основные технические характеристики.

Русский

2015-01-16

5.33 MB

17 чел.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Марийский Государственный Технический Университет.

                                                             Кафедра ТТМ                  

                      

Лабораторная работа № 9

Электроизмерительные приборы

(Методические указания к выполнению лабораторной работы )

                                                                                          Разработал  

                                                                                                                                                                           Доц.  Ротт А.Р.

Йошкар-Ола

Задание для самостоятельного выполнения работы

1.     Ознакомиться с классификацией, назначением, устройством,   принципом  действия и характеристиками основных типов измерительных приборов.

2.     По представленным наглядным образцам и макетам уяснить принципы работы приборов и варианты их конструктивного исполнения, отразив в отчете их основные технические характеристики.

3.     На основании самостоятельного изучения различных типов  приборов составить отчет по лабораторной работе.

4.     В отчете по лабораторной работе отразить:

-     название лабораторной работы;

-     цель проведения работы;

-     порядок проведения работы;

-     описание устройства, принципа действия и характеристик изучаемых приборов, их достоинств, недостатков и особенностей использования;

5.     Отчет по лабораторной работе составляется один на бригаду из 5-6 человек и подписывается каждым из студентов.

  1.  По окончании лабораторной работы и оформлении отчета производится ее защита.

Общие сведения.

      Автоматизация производственных процессов, автоматическое управление сложными системами, автоматические измерения и контроль невозможны  без использования измерительных приборов.

       Измерительным прибором называется  элемент контрольно-измерительного устройства,    предназначенный для снятия измерительной информации. Прибор обычно устанавливается в измерительной системе после датчика, воспринимающего измеряемую информацию и преобразующего ее в электрический сигнал, и промежуточного преобразователя (например, усилителя, который этот сигнал усиливает). Схема измерительной системы показана на рис. 1.

 

                              Рис. 1. Схема измерительной системы.

1-  Объект измерения; 2- датчик; 3- усилитель; 4- измерительный прибор.

Классификация электроизмерительных приборов

  •  Показывающие электроизмерительные приборы непосредственной оценки снабжены шкалой и стрелкой, что позволяет измерить аналоговый сигнал и непосредственно визуально оценить значение контролируемого параметра; В настоящей лабораторной работе изучаются именно показывающие измерительные приборы.
  •  Цифровые измерительные приборы автоматически осуществляют преобразование измеряемой величины в дискретную форму и выдают результат измерения в виде числа, появляющегося на отсчетном устройстве.
  •  Светолучевые и электронно-лучевые осциллографы позволяют записывать (регистрировать) различные контролируемые или диагностируемые параметры, что обеспечивает высокую степень наглядности и возможность изучения процессов во времени (например, при исследовании переходных процессов).
  •  Магнитографы обеспечивают регистрацию результатов контроля или диагностики на магнитную ленту обычно в условиях эксплуатации сложных технических объектов с последующей обработкой результатов в лабораторных условиях (например, «черный ящик»
  •  Цифропечатающие устройства устанавливаются на кодовом выходе цифровых приборов и служат для регистрации и хранения информации в документальной форме.
  •  Перфорирующие устройства предназначены для автоматического нанесения информации в виде пробивок по определенному коду на каком либо носителе информации (перфокарте, перфоленте).

Метрологические характеристики приборов

  1) Чувствительность  – это отношение изменения выходного сигнала к изменению входного сигнала. Определяется из соотношения

S = ΔY/ΔX,

где ΔY – изменение выходного сигнала;

     ΔX – изменение входного сигнала.

  2) Порог чувствительности (порог реагирования) – наименьшее значение входной величины, которое способен зафиксировать прибор. Величина, обратная порогу чувствительности, называется разрешающей способностью.

  3) Функция преобразования (статистическая характеристика) – функциональная зависимость (графическая, табличная, аналитическая) выходного сигнала прибора У от входного Х в установившемся режиме

У= f (X).

    Идеальной функцией преобразования для измерительных приборов является линейная зависимость выходного сигнала У от входного Х вида

У = к Х,

где к – коэффициент преобразования.

    Линейная функция преобразования, однако, встречается довольно редко.  В большинстве случаев характеристики приборов  нелинейны.

  4) Абсолютная погрешность – разность между действительным (истинным) и замеренным значением контролируемой величины

ΔX = XД – XЗ,

где XДдействительное значение измеряемой величины;

      XЗ – замеренное значение измеряемой величины.

  5) Относительная погрешность – отношение абсолютной погрешности к действительному значению

γ = (ΔX / XД) 100%

    

6) Приведенная погрешность – отношение абсолютной погрешности к нормирующему значению шкалы

γ = (ΔХ/Хш ) 100 %,

где Хш – нормирующее значение шкалы прибора, которое принимают равным

  •  Конечному значению шкалы, если «0» находится в начале шкалы,
  •  Сумме конечных значений шкалы, если «0» – в середине шкалы,
  •  Номинальному значению измеряемой величины, если оно задано.

7) Диапазон показаний – отношение максимального значения   Xmax   измеряемой величины к минимальному значению  Xmin

Dп   = Xmax / Xmin

8)  Диапазон измерений – часть диапазона показаний, в которой установлены нормы на погрешности.

9)  Класс прибора – характеристика, условно отражающая его точность. Класс прибора численно равен значению приведенной относительной погрешности прибора в процентах. Обычно на производстве применяются приборы классов 0.5; 1.0; 1.5 и 2.5. 

Показывающие электроизмерительные приборы

Конструкции типовых  узлов

    Показывающие приборы непосредственной оценки подразделяют по роду измеряемых величин; виду тока; принципу действия; степени точности; характеру защищенности от внешних воздействий; габаритным размерам. Устройство этих приборов разнообразно, но ряд деталей и узлов большинства из них имеет много общего. Это относится к деталям для установки подвижной части, для создания противодействующего момента, для успокоения колебаний и пр.

    На рис. 2 показано устройство подвижной части измерительного механизма приборов. Ось 1 установлена в подпятниках 2, а противодействующий момент создается спиральными пружинами 6 и 7 из специальной бронзы. На оси закреплена стрелка 3, которая указывает на шкале 4 значение измеряемой величины. Для уравновешивания подвижной части служит противовес 10, для установки стрелки на ноль – корректор, состоящий из винта 11, эксцентрично насаженного пальца 9, вилки 8 с поводком 5.

    Для уменьшения времени колебаний подвижной части приборы снабжаются успокоителями. В воздушных успокоителях  (Рис. 3а) используется сопротивление воздуха движению поршня (крыла) 1 в закрытой камере 2. В магнитоиндукционных успокоителях колебания тормозятся за счет взаимодействия вихревых токов с полем постоянных магнитов 3 (Рис. 3б).

    Для повышения точности отсчета приборы класса 0.5 и выше снабжают ножевидной стрелкой и зеркальной шкалой. Отсчет в этом случае производится при том положении глаза, когда стрелка закрывает свое изображение в зеркале.

    В точных приборах и приборах с относительно малым отклонением подвижной части  для повышения чувствительности применяют световой указатель. На рис. 4   показаны основные элементы такого прибора:    1 – катушка подвижной части,  2 – зеркальце, закрепленное на подвижной части,     3 – шкала, 4 – источник света.

Конструкции и принцип действия приборов

Приборы магнитоэлектрической системы

    Магнитоэлектрическая система – это электрическая система приборов постоянного тока, в которой перемещение подвижной части (катушки или постоянного магнита) создается взаимодействием между полем постоянного магнита и проводника с током.

    Работа: При прохождении тока через катушку 2 (Рис. 5), она поворачивается в воздушном промежутке 3 между полюсами постоянного магнита 1 и стальным сердечником 4. Ток в катушку подводится через пружины. Успокоителем колебаний служит каркас катушки из алюминия, образующий короткозамкнутый виток. Прибор широко распространен.

    Достоинства – малое потребление энергии, высокая чувствительность и точность, малое влияние внешних магнитных полей.

    Подключается обычно с использованием шунтов и добавочных сопротивлений.

Приборы электромагнитной системы

    Электромагнитная система – это электрическая система измерительных приборов постоянного и переменного тока, в которой сердечник подвижной части из мягкого ферромагнитного материала перемещается силами магнитного поля неподвижной катушки, обтекаемой измеряемым током.

    Работа: в приборах с плоской катушкой сердечник 2 (Рис. 6), установленный на оси 3, под действием магнитного поля втягивается в узкую щель катушки 1. Колебания гасит успокоитель 4. Прибор применяется обычно для измерения переменного тока промышленной частоты (обычно в логометрах переменного тока).

    Достоинства – Простота конструкции, дешевизна, устойчивость к перегрузкам ( до ста раз по току), высокая точность (класс прибора до 0.5, иногда – до 0.2).

    По конструкции и принципу действия прибор сходен с электромагнитным реле.

Приборы электродинамической системы

    Электродинамическая система – это электрическая система измерительных приборов постоянного и переменного тока, в которой перемещение подвижной части осуществляется силами магнитного поля, возникающего при прохождении токапо обмоткам неподвижной 2 и подвижной 3 катушек, а ток в подвижную катушку подводится через пружины 5 (Рис. 7). Используется в амперметрах, вольтметрах, ваттметрах. Создается в виде логометров.

    Работа: Главное поле, создаваемое неподвижной катушкой 2, взаимодействует с полем подвижной катушки 1, заставляя ее поворачиваться на величину, пропорциональную величине измеряемого тока.

    Достоинства – очень высокая точность (класс прибора до 0.1).

    Недостатки – сложность конструкции, дороговизна, большое потребление энергии, влияние внешних полей (необходимо экранировать).

    Пределы измерения данных приборов меняют с помощью добавочных сопротивлений, при измерении переменных токов включают обычно через измерительный трансформатор.

Приборы индукционной системы

    Индукционная система – это электрическая система измерительных приборов переменного тока, в которой вращающий момент создается при взаимодействии токов, индуктируемых в диске, с магнитным полем неподвижных электромагнитов, по обмоткам которых проходит измеряемый ток.

    Работа: магнитные потоки неподвижных электромагнитов 1 и 4 (Рис. 8) смещены по фазе, поэтому они создают вращающееся магнитное поле, создающее в диске 2 из немагнитного материала вихревые токи и увлекающее его за собой. При этом скорость вращения диска будет пропорциональна величине измеряемого тока. В конструкции используется магнитный успокоитель 3.

    Приборы применяются в основном для создания счетчиков электроэнергии переменного тока, а также ваттметров.

    Достоинства – большой крутящий момент, простота, дешевизна, устойчивость к перегрузкам и внешним магнитным полям.

Приборы ферродинамической системы

    Ферродинамическая система – это система электрических измерительных приборов, в которой движущийся элемент представляет собой катушку 3 с ферромагнитным сердечником 4 (Рис. 9). Имеется также неподвижная катушка 1 с сердечником 2, которая создает основное магнитное поле.

    Работа: Взаимодействие магнитных потоков подвижной и неподвижной катушек с сердечниками создает вращающий момент, который поворачивает подвижную катушку на величину, пропорциональную измеряемому току. Ферромагнитные сердечники усиливают магнитные поля.

    Приборы используют в основном для переменного тока  (шихтованные сердечники) в стационарных (щитовых) ваттметрах, самописцах и пр.

    Достоинства – Большой вращающий момент, нечувствительность к внешним магнитным полям, малое потребление энергии.

    Недостатки – сравнительно низкая точность (класс прибора – не выше 1.5).

Приборы электростатической системы

    Электростатическая система – это электрическая система приборов постоянного и переменного тока, в которых подвижная часть перемещается силами электрического поля. Данная система обычно применяется в вольтметрах высокого напряжения.

    Работа: Подвижные электроды 1 прибора (Рис. 10) под действием измеряемого напряжения втягиваются в неподвижные электроды 2. При этом поворачивается ось со стрелкой 3.

    Достоинства – очень малое потребление энергии, возможность использования в маломощных цепях.

    Недостатки – сравнительно низкая точность (класс прибора не выше 1).

    Приборы обычно включаются через емкостной делитель напряжения.

ПРИЛОЖЕНИЕ

СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ПРИБОРОВ

1.Схема с шунтом

    * Шунт (shunt (англ.)- ответвление)- электрическая или магнитная цепь, включено параллельно основной ветви электротехнического устройства (Рис.1).  Шунты применяют для расширения пределов измерения магнитоэлектрических приборов.(Iизм. распределяется между ветвями Iш и Iп обратно пропорционально сопротивлениям).

Шунты снабжают двумя парами зажимов (пара 1-1- для включения шунта в цепь измеряемого тока Iизм., пара 2-2 – для подключения прибора А). Шунты изготавливают из манганиновой проволоки (для устранения температурных влияний).

Обычно              Rш<<Rп;                  Iп<<Iизм→0;                Iизм.Rш IпRп;      При этом

  ;

2.Схема с добавочным резистором

    Добавочные резисторы – это электрические сопротивления, включенные последовательно с приборами для понижения напряжения на их зажимах (Рис.2.). Добавочные резисторы служат для изменения (расширения) пределов измерения приборов (вольтметров, ваттметров, μ- амперметров) при использовании их при измерении напряжения.

При этом ток Iп в цепи прибора       

      Добавочные резисторы изготавливают из манганиновой проволоки (в виде катушек (в цепях переменного тока – с бифилярной намоткой))

3.Схемы с делителями напряжения.

     Делители напряжения – это электрические аппараты, делящие рабочие напряжение постоянного или переменного тока на ряд заданных напряжений. Служат для расширения пределов измерения приборов (обычно имеющих высокое выходное сопротивление).

Делители бывают резистивными, емкостными, индуктивными (Рис.3).

3.1.Резистивный (омический) делитель напряжений

В качестве плеч содержит резисторы. Параметры определяются из соотношений:

                                         Uизм=IR+Ir=I(R+r)

                                           U1=IR;       U2 =Ir;

или, через Uизм:

;               .

В результате, можно подключить прибор к одному из плеч напряжений(U1 или U2).

Тогда, с учетом сопротивления Rп

;

      Кроме фиксированных (R и r) делителей могут использоваться потенциометры с плавным измерением сопротивления (отличаются большей погрешностью из-за скользящего контакта)

3.2.Емкостные делители напряжения

В плечи включаются конденсаторы С1 и С2

Используются для подключения измерительных приборов или промежуточных преобразователей к цепям переменного тока с высоким напряжением.

Параметры находят из соотношений:

;                        .

Прибор включают в низковольтное плечо.

2 < С1)

3.3.Индуктивные делители напряжения

Содержит индуктивности. Параметры находят из выражений:

;                        .

где L – индуктивность соответствующего плеча

4.Измерительные трансформаторы тока.

     Используются для расширения пределов измерения по току и для обеспечения безопасности при измерениях переменного тока высокого напряжения (Рис. 4).

    Первичная обмотка W1 включена в контролируемую электрическую цепь  Iизм последовательно (как амперметр), а в цепь вторичной обмотки W2 включается измерительный прибор (и обычно прибор защиты РТ). При этом     Iп<<Iизм.

Коэффициент трансформации     

Для обеспечения безопасности один зажим вторичной обмотки заземляется.

Конструктивно представляют собой замкнутый сердечник из листовой стали  с первичной W1 и вторичной W2 обмотками.

Для  диагностирования без рассоединения цепей используются токоизмерительные клещи.  В них первичной W1 обмоткой служит сам провод, где течёт Iизм, а в корпус клещей встроена вторичная обмотка и амперметр. Сердечник W2 - разъёмный.

5.Измерительные трансформаторы напряжения.

      Используются для расширения пределов измерения приборов, а также для обеспечения безопасности измерения в цепях переменного тока высокого напряжения (Рис.5).

      К зажимам первичной обмотки W1 подводится измеряемое высокое напряжение Uизм, а обмотка W1 включается параллельно нагрузке (как вольтметр).

Низкое напряжение U2 снимается с зажимов вторичной обмотки W2 и подается на прибор.

Коэффициент трансформации  

Для защиты один зажим вторичной обмотки заземляется

Условные обозначения

электроизмерительных приборов

(указываются на шкале)

Прибор магнитоэлектрической системы

Прибор электромагнитной системы

Прибор электродинамической системы

Прибор индукционной системы

Класс точности прибора

1,5

Постоянный ток

Переменный ток

Постоянный и переменный ток

Трёх фазный ток

Прибор устанавливается горизонтально

Прибор устанавливается вертикально

Изоляция прибора испытана при напряжении 2 кВ


1

2

3

4

2


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

32147. Элементы сбалансированной системы показателей 24.5 KB
  Элементы сбалансированной системы показателей Основной принцип ССП который во многом стал причиной высокой эффективности этой технологии управления управлять можно только тем что можно измерить. ССП делает акцент на нефинансовых показателях эффективности давая возможность оценить такие казалось бы с трудом поддающиеся измерению аспекты деятельности как степень лояльности клиентов или инновационный потенциал компании. Авторы ССП предложили четыре направления оценки эффективности отвечающие на самые значимые для успешной деятельности...
32148. Задачи и функции подразделения стратегического развития 31 KB
  Перед отделом стратегического развития который должен функционировать на постоянной профессиональной основе стоят две главные задачи: Сведение всех стратегических наработок произведенную в первую очередь самим отделом а также другими по разделениями Организации в заданные определенным форматом проекты решений. Проекты в установление порядке представляются отделом в органы управления организации которые уполномочены принимать соответствующие стратегические решения. В большинстве организаций такими органами управления являются:...
32149. Стратегическая карта и стратегические темы ССП 29 KB
  Эти цели содержат в себе детальное отображение различных аспектов стратегии. Каплан и Нортон рассматривают следующие аспекты: Четкое формулирование стратегии Передачу стратегии внутрь всей компании Согласование стратегии компании с целями персонала Связывание целей с годовым бюджетом Идентификацию и согласование стратегических инициатив Выполнение регулярных проверок с помощью обратной связи и необходимых корректировок стратегии В рамках ССП необходимо различать показатели которые измеряют достигнутые результаты и показатели...
32150. Базовые элементы построения стратегии по Портеру 24.5 KB
  Портер 1985 выделяет три ключевые общие стратегии: лидерство по затратам ндивидуализация и фокусирование. Лидерство по затратам. Жесткий контроль над затратами и накладными расходами сведение до минимума расходов в таких областях как исследования и разработки реклама и т. Стратегия лидерства по затратам часто создает прочную основу для конкуренции в отрасли.
32151. Стратегический переход от экономики производства к экономике знаний 28 KB
  Превращение науки в непосредственную производительную силу отмеченное в начале 1960х гг. На смену экономики фабричных труб когда преобладало массовое производство пришла экономика основанная на интеллектуальном труде человеческом капитале. Появление всемирной электронной рулетки когда реальные инвестиции подменяются спекуляцией когда человеческие ресурсы отвлекаются на бесплодные биржевые игры не может позитивно влиять на развитие мировой экономики. Касаясь вопросов связанных с...
32152. СУ в системе менеджмента 100.5 KB
  Конечная цель системы менеджмента выполнение миссии организации. Миссия это наиболее общая цель организации как конкурентоспособной структуры представленная в наиболее общей форме и четко выражающая основную причину существования организации. Стратегия корпорации это деловая концепция организации на заданную стратегическую перспективу представленная в виде долгосрочной программы конкретных действий которые способны реализовать данную концепцию и обеспечить организации конкурентные преимущества в достижении целей.
32153. Конкурентные преимущества. Базовые конкурентные стратегии 32.5 KB
  Конкурентные преимущества. Базовые конкурентные стратегии Конкретную рыночную позицию организации определяет ее конкурентные преимущества. Портеру конкурентные преимущества делятся на два основных вида: дифференциация продуктовтоваров и более низкие издержки на создание и реализацию товаров. Организации добиваются конкурентного преимущества находя новые способы конкуренции в своей отрасли и выходя с ними на рынок что можно назвать одним словом нововведение.
32154. Цепочка стоимости и система стоимости 24 KB
  Цепочка стоимости и система стоимости Виды деятельности при конкуренции в какойлибо конкретной отрасли можно разделить на категории. Они объединены в так называемую цепочку стоимости. Все виды деятельности входящие в цепочку стоимости вносят свой вклад в конечную потребительскую стоимость продуктатовара. Выбранная конкурентная стратегия определяет способ которым организация выполняет отдельные виды своей деятельности а также всю цепочку стоимости в целом.
32155. Переход от стратегического планирования к стратегическому менеджменту 36.5 KB
  Переход от стратегического планирования к стратегическому менеджменту Предшественником стратегического планирования была система долгосрочного планирования longrnge plnning. В арсенал новых методов используемых стратегическим планированием входят: модели анализа инвестиционных портфелей компаний разработка ситуационных планов развития применение сценарного планирования использование систем экспертных оценок применение различных аналитических матриц для исследования альтернатив возможного стратегического развития и т. Некоторые...