Основы электроизмерительной техники

Измерение – нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств.

Значение физической величины – оценка физической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц.

Числовое значение физической величины – отвлеченное число, входящее в значение физической величины.

Действительное значение физической величины – это значение физической величины, найденное экспериментальным путем и настолько приближающееся к истинному значению, что для данной цели может быть использовано вместо него.

Прямое измерение – измерение, при котором искомое значение величины находят непосредственно из эксперимента.

Косвенное измерение – измерение, при котором искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергающимся прямым измерениям.

Метод измерений – совокупность приемов использования принципов и средств измерения.

Метод непосредственной оценки – измерение, при котором значение величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия.

Метод сравнения с мерой – метод измерения, при котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой.

Мера - средство измерения, предназначенное для воспроизведения и хранения физической величины заданного размера.

Средства измерения – технические средства, используемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические свойства.

Измерительный прибор – средство измерения, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателя.

Аналоговый прибор – измерительный прибор, показания которого являются непрерывной функцией измеряемой величины.

Цифровой прибор – измерительный прибор, автоматически вырабатывающий дискретные сигналы измерительной информации, показания которого представлены в цифровой форме.

Измерительный преобразователь – средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, обработки, хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем.

Уравнение преобразования – однозначная функция, позволяющая найти значение выходной величины в зависимости от значения измеряемой величины:

Y = /(X) или Y = /(X,, Х₂,...). (8.1)

Уравнение преобразования определяется принципом устройства преобразователя или прибора и способом его включения. В стрелочных приборах непосредственной оценки выходной величиной является угол поворота стрелки. Уравнение преобразования полностью характеризует назначение преобразователя, его чувствительность и диапазон измерения, а также влияние внешних воздействий. Это уравнение может быть линейным и нелинейным.

Диапазон измерений устройства – пределы (минимальный и максимальный) измеряемой величины, преобразование которой производится с заданной точностью и может быть получено на данном средстве измерения в виде выходной информации.

Чувствительность – отношение приращения выходной величины к приращению входной: S = dY/dX.При линейном уравнении преобразования S = Y/X. (8.2)

Основная погрешность средств измерения – погрешность при номинальных условиях их применения (положение, температура, влажность, внешние магнитные и электрические поля и т. д.).

Дополнительная погрешность средств измерения – погрешность, вызванная отклонением условий применения от их номинальных значений.

Класс точности средств измерения по приведенной погрешности – максимально допустимая основная приведенная погрешность (в любом месте диапазона измерений), округленная до ближайшего большого значения ряда 0, 02; 0, 05; 0, 1; 0, 2; 0, 5; 1, 0; 1, 5; 2, 5; 4 – для приборов и 0, 01; 0, 02; 0, 05; 0, 1; 0, 2; 0, 5; 1, 0 – для вспомогательных устройств. Класс точности выносят на шкалу прибора.

За класс точности приборов с неравномерной шкалой (омметры, логометры и т. п.) принимают приведенную погрешность угла поворота стрелки:

Y = ±(Δ _α /α _ном)100%. (8.3)

В этом случае при вынесении класса точности на шкалу под классом точности ставится знак угла ().

Класс точности по относительной погрешности – максимально допустимая относительная погрешность. При вынесении класса точности на шкалу класс точности заключают в кружок ((2, 5)).

Относительная допустимая погрешность

δ = ± (с + d(X_k/X_д – 1)) 100%, (8.4)

где c и d – постоянные величины;

Х_к– конечное значение диапазона измерений прибора;

Х_Д – действительное значение измеряемой величины.

Обобщенное сопротивление – входное сопротивление прибора или преобразователя, отнесенное к единице измеряемой величины. Например, для вольтметров [г₀] = Ом/В, для амперметров [г₀] = Ом/А.

Прямое (определение тока, напряжения, мощности, cos φ и так далее) или косвенное измерение параметров цепи по ее режиму связано с включением в цепь приборов или преобразователей. Включение средств измерения в цепь вызывает изменение ее режима. Приборы и преобразователи, входной величиной которых является напряжение, тем меньше изменяют режим, чем больше их обобщенное сопротивление. А приборы и преобразователи, входной величиной которых является ток, тем меньше искажают режим, чем меньше их обобщенное сопротивление.

Потребляемая мощность – мощность, потребляемая прибором или преобразователем при максимальном значении измеряемой величины. Чем меньше потребляемая мощность, тем меньше искажений вносит включение прибора или преобразователя в режим цепи, в которой производится измерение.

При составлении принципиальных схем иногда необходимо указать на них и измерительные приборы. В тех случаях, когда не уточняется способ их включения, пользуются общими обозначениями (табл. 8.1). При общем обозначении приборы различаются только по способу выдачи измерительной информации (показывающие, регистрирующие и интегрирующие).

Таблица 8.1

Измерительный прибор	Условное обозначение	Измерительный прибор	Условное обозначение
Показывающий		Интегрирующий
Регистрирующий

 

Внутри изображения прибора указывают единицу измеряемой величины, например: А, V, W, var, Ω, Hz и т. д.

В тех случаях, когда необходимо указать способ включения прибора, пользуются изображениями приборов с обмотками (табл. 8.2). В этом случае измеряемую величину указывают рядом с изображением прибора.

 

Таблица 8.2

Одно- и многообмоточные приборы	Условное обозначение
Прибор с одной токовой обмоткой, включаемой последовательно с измеряемым участком цепи
Прибор с одной обмоткой напряжения, включаемой параллельно измеряемому участку цепи
Прибор с двумя суммирующими или вычитающими обмотками
Прибор с двумя умножающими обмотками
Прибор двухэлементный с умножающими обмотками, суммирующий
Прибор с двумя делящими обмотками
Прибор трехобмоточный с двумя делящими обмотками

 

Другие обозначения, наносимые на шкалы приборов, характеризуют систему преобразователя (табл.8.3), род измеряемого тока (табл. 8.4), класс точности, нормальное положение, напряжение испытания изоляции, защищенность от окружающей среды, а также от электрических и магнитных полей, год выпуска и заводской номер (табл. 8.5).

Обозначение зажимов приборов облегчает их правильное включение в электрическую цепь (табл. 8.6).

Таблица 8.3

Система прибора	Условное обозначение	Система прибора	Условное обозначение
Магнитоэлектрический прибор с подвижной рамкой		Ферродинамический прибор
Магнитоэлектрический логометр с подвижной рамкой		Ферродинамический логометр
Электромагнитный прибор		Индукционный прибор
Электромагнитный логометр		Электростатический прибор
Электродинамический прибор		Вибрационный прибор
Электродинамический логометр		Термопреобразователь (изолированный)
Термопреобразователь (неизолированный)		Электронный преобразователь
Выпрямительный (полупроводниковый) преобразователь

Таблица 8.4

 

 

Измеряемый ток	Условное обозначение	Измеряемый ток	Условное обозначение
Постоянный		Трехфазный (общее обозначение)
Переменный		Трехфазный при неравномерной нагрузке фаз
Постоянный и переменный

 

 

Таблица 8.5

Дополнительные знаки, наносимые на шкалу	Условное обозначение	Дополнительные знаки, наносимые на шкалу	Условное обозначение
Класс точности при нормировании погрешности в процентах от диапазона измерения		Измерительная цепь изолирована от корпуса и испытана на напряжение 2 кВ   Прибор испытанию прочности изоляции не подлежит
То же, при нормировании погрешности в процентах от длины шкалы
Горизонтальное положение шкалы		Прибор защищен от внешнего магнитного поля
Вертикальное положение шкалы
Наклонное положение шкалы под определенным углом к горизонту		Прибор защищен от внешнего электростатического поля
«Осторожно!» Прочность изоляции цепи относительно корпуса не соответст-вует нормам (знак выполняется красным цветом)		«Внимание!» Смотри дополнительные указания в паспорте и инструкции по эксплуатации

 

Таблица 8.6

Значки у зажимов приборов	Условное обозначение	Значки у зажимов приборов	Условное обозначение
Отрицательный зажим   Положительный зажим		Генераторный зажим (для измерителей мощности и фазометров)
	Зажим, соединенный с корпусом
Общий зажим (для многопредельных приборов переменного тока и комбинированных приборов)		Зажим (винт, шпилька) для заземления
Зажим переменного тока (для комбинированных приборов)