Классификация электроизмерительных приборов

прибор будет работать в качестве вольтметра. При подключении же одной катушки последовательно, а другой параллельно приемнику электроэнергии (рис. 327, в) угол отклонения стрелки будет пропорционален произведению тока I и напряжения U, т. е. мощности Р=UI и, следовательно, прибор будет работать в качестве ваттметра и измерять мощность, получаемую приемником. При переменном токе и включении катушек по схеме (см. рис. 327, б) угол сдвига фаз φ между токами 11 и I2 равен углу сдвига фаз <р между током I и напряжением U. Поэтому

Δα = kUI cosφ = kP (101)

т. е. угол поворота стрелки пропорционален измеряемой мощности.

Рис. 327. Схемы включения электродинамического прибора в качестве амперметра (а), вольтметра (б) и ваттметра (в)

Рис. 328. Принципиальная схема ферродинамического измерительного механизма

Устройство и применение ферродинамических приборов. Работа ферродинамических приборов основана на том же принципе, что и приборов электродинамической системы. Для усиления магнитного поля в ферродинамическом измерительном механизме применен магнитопровод из ферромагнитного материала. Неподвижная катушка 2 (рис. 328) размещается на полюсах ферромагнитного сердечника 4, а подвижная 3 поворачивается так же, как и в приборах магнитоэлектрической 
системы,— в воздушном зазоре между полюсами 1 и неподвижным цилиндрическим сердечником 5. При такой конструкции приборы защищены от влияния внешних магнитных полей. Кроме того, увеличиваются магнитные потоки, создаваемые катушками, и возрастает вращающий момент, действующий на подвижную систему.

Ферродинамические приборы используют в качестве щитовых амперметров, ваттметров и вольтметров, работающих в условиях тряски и вибраций (например, на э. п. с. переменного тока). Кроме того, их применяют в качестве самопишущих приборов, так как они имеют значительный вращающий момент, преодолевающий трение в записывающих устройствах.

 

 

 

 

 

 

Электростатический прибор

 

        Измерительный прибор, принцип действия которого основан намеханическом взаимодействии электродов, несущих разноимённые электрические заряды. В Э. п.измеряемая величина преобразуется в напряжение переменного или постоянного тока, определяемоеэлектростатическим измерительным механизмом (рис.). Измеряемое напряжение подводится к подвижномуэлектроду, укрепленному на оси, связанной со стрелкой, и к изолированному от него неподвижномуэлектроду. В результате взаимодействия зарядов, возникающих на электродах, на оси появляетсявращающий момент, пропорциональный квадрату приложенного напряжения. Действующая на ось пружинасоздаёт момент, противодействующий вращающему моменту и пропорциональный углу поворота осиподвижного электрода. При взаимодействии вращающего и противодействующего моментов стрелкаизмерительного механизма поворачивается на угол, пропорциональный квадрату поданного на электродынапряжения. Шкала, градуируемая в единицах измеряемых величин, получается неравномерной,выполняется часто со световым указателем. Э. п. используют обычно для измерения напряженийпеременного или постоянного тока, в том числе высокочастотных. Для этих приборов характерно малоепотребление энергии и независимость показаний от частоты. Они подвержены влиянию внешнихэлектростатических полей, которое ослабляется внутренним экранированием прибора. Э. п. выпускаютсянаивысшего класса точности 0,005.

 

         Лит.: Электрические измерения, под ред. Е. Г. Шрамкова, М., 1972.

 

         Н. Н. Вострокнутов.

 

        

 

        Электростатический измерительный прибор: 1 — подвижный электрод; 2 — неподвижный электрод; 3 —ось; 4 — пружина; 5 — стрелка; 6 — шкала.

В электростатических механизмах для перемещения подвижной части используется энергия электрического поля системы из двух или нескольких электрически заряженных проводников.

Все разновидности конструкции сводятся к разновидностям плоского конденсатора с подвижными или неподвижными электродами. Перемещение подвижной части связанно с изменением емкости системы.

Различают два вида механизмов: механизмы с изменением активной площади электродов; механизмы с изменением расстояния между электродами.

Как известно, энергию электрического поля конденсатора W определяют по формуле

, где С – емкость.

Вращающий момент измерительного механизма

т.е. шкала зависит от квадрата напряжения. 

Специальный подбор формы и размера подвижных пластин влияет на характер шкалы. Она будет равномерной начиная с 10-15% от максимального значения шкалы.

На показания электростатических измерительных приборов не влияют частота измеряемого напряжения, температура и посторонние магнитные поля, у них очень небольшое собственное потребление мощности (на постоянном токе оно равно нулю).

К числу недостатков относятся сильная зависимость от действия электрических полей, узкий круг применения.

Электростатические механизмы  с изменяющимся расстоянием между пластинами применяются для киловольтметров, а если у механизмов изменяется активная площадь пластин, то их используют для вольтметров, измеряющих низкие напряжения. Их успешно используют в широком диапазоне частот (20-30 Мгц) и применяют в цепях переменного и постоянного тока.

По точности эти приборы соответствуют классам 1,0 – 1,5 – 2,5, а также классам 0,1 и даже 0,05.

 

 

Методика проверки и калибровки амперметров, ваттметров и вольтметров

1. Внешний осмотр

При внешнем осмотре должны быть установлены:

• отсутствие внешних повреждений и повреждений покрытия шкалы;

• четкость всех надписей;

• укомплектованность прибора запасными частями, необходимыми для проведения поверки.

2. Опробование

При опробовании необходимо проверить:

• надежность закрепления зажимов приборов;

• плавность хода и четкость фиксации переключателей.

3. Проверка электрической  прочности сопротивления изоляции

Электрическую прочность и сопротивление изоляции проверяют только при выпуске приборов из производства и после ремонта. Для выполнения этой операции используют омметр с погрешностью не более 30% и пробойную установку типа ВУФ5-3 или УПУ-10. Мощность пробойной установки при испытательном напряжении от 0,5 до 3 кВ должна быть не менее 0,25 кВ•А, а при испытательном напряжении свыше 3 кВ - не менее 0,5 кВ•А. Регулировочное устройство установки должно допускать плавную регулировку напряжения от нуля до максимального значения испытательного напряжения.

4. Определение  основной погрешности, вариации  показаний и остаточного отклонения  указателя приборов от нулевой  отметки

При определении основной погрешности, вариации показаний и остаточного отклонения указателя от нулевой отметки необходимо учесть следующие положения:

1. Основную погрешность  и вариацию показаний однодиапазонных  приборов классов точности 0,05-0,2 определяют на каждой числовой отметке.

(ГОСТ 8711-93 и ГОСТ 8476-93 не  нормируют вариацию показаний, однако  методикой поверки в ГОСТ 8.497-83 предусмотрен контроль этой метрологической  характеристики и поэтому для  полноты представления рассматриваемого материала последовательность действий при определении вариации показаний будет также изложена.

2. Основную погрешность  и вариацию показаний приборов  классов точности 0,5-5, а также  приборов с равномерной шкалой  с числом отметок более 10 допускается  определять на пяти равномерно распределенных по диапазону измерений отметках шкалы, в том числе на отметках, соответствующих начальному и конечному значениям диапазона измерений поверяемого прибора.

3. Основную погрешность  и вариацию показаний много  диапазонных приборов определяют на всех числовых отметках только на одном, произвольно выбранном диапазоне измерения. На остальных диапазонах измерений поверяемого прибора достаточно определить погрешность и вариацию показаний на отметке, соответствующей конечному значению диапазона измерений, и отметке, на которой получена максимальная погрешность на полностью поверенном диапазоне измерений.

4. Основную погрешность  и вариацию показаний многодиапазонных приборов, аттестованных в качестве рабочих эталонов (ОСИ), определяют на всех числовых отметках шкалы только на тех диапазонах измерения, на которых они используются для поверки. На остальных диапазонах их поверяют только на двух отметках шкалы, как было указано выше.

5. Приборы с несколькими  шкалами или приборы, измеряющие  несколько величин, должны быть  поверены на каждой шкале и  для каждой величины отдельно.

6. Приборы с двусторонней  шкалой поверяют на всех числовых  отметках левой и правой частей  шкалы.

7. Основную погрешность  и вариацию показаний приборов  постоянного и переменного тока классов точности 0,05 и 0,1 и приборов классов точности 0,2 и 0,5, если они аттестованы в качестве рабочих эталонов (ОСИ), определяют при двух направлениях постоянного тока при уменьшении и увеличении показаний (при поверке приборов магнитоэлектрической системы вместо изменения полярности их поворачивают на 180°).

8. Ни одно из значений  основной погрешности, полученных  при четырех измерениях, не должно  превышать предела допускаемого значения основной погрешности поверяемого прибора.

9. При необходимости определения  поправок основную погрешность поверяемого прибора определяют для каждой проверяемой. отметки шкалы как среднее арифметическое из четырех значений погрешности.

10. Если основная погрешность  прибора была определена при  одном направлении тока, при уменьшении  и увеличении показаний, то при необходимости введения поправки к показаниям при дальнейшей эксплуатации прибора основная погрешность прибора определяется как среднее арифметическое из двух значений погрешности, при этом ни одно из них не должно превышать предела допускаемого значения основной погрешности поверяемого прибора.

11. Вариацию показаний  приборов на поверяемой отметке  шкалы определяют как модуль разности показаний при подходе к поверяемой отметке со стороны меньших и со стороны больших значений. Для приборов, поверяемых при двух направлениях тока, за вариацию показаний в каждой точке шкалы прибора принимают наибольшее из двух значений, полученных при прямом и обратном токе. Вариацию показаний рассчитывают по результатам измерений, полученных при определении основной погрешности поверяемого прибора.

12. Вариация показаний  приборов, аттестованных в качестве  рабочих эталонов (ОСИ), согласно  ГОСТ 8.497-83 не должна превышать  половины значений предела допускаемой  основной погрешности этого прибора. Вариация показаний рабочих приборов в ГОСТ 8711-93 и ГОСТ 8476-93 не нормируется.

13. Остаточное отклонение  указателя шкалы прибора от  нулевой отметки определяют по положению указателя поверяемого прибора после плавного уменьшения значения измеряемой величины от конечного значения до нуля. Остаточное отклонение указателя шкалы прибора от нулевой отметки ∆0 не должно превышать значения, рассчитанного по формуле

мм,

(48)

 

где К — число, обозначающее класс точности прибора;

L — длина шкалы, мм.

14. Остаточное отклонение  указателя от нулевой отметки 
вибро- и ударопрочных, вибро- и удароустойчивых щитовых приборов с наибольшим размером фланца 100 мм включительно, переносных приборов с размером лицевой части до 150 мм включительно, приборов с углом шкалы более 120°, приборов с подвижной частью на растяжках, приборов класса точности 0,05 и самопишущих приборов не должно превышать значения, рассчитанного по формуле

мм,

(49)

 

15. Предел допускаемого  значения основной погрешности γп амперметров, вольтметров, ваттметров и варметров выражается в процентах от нормирующего значения (приведенная погрешность):

,

(50)

 

где ∆п — предел допускаемого значения абсолютной погрешности в единицах измеряемой величины;

XN — нормирующее значение в единицах измеряемой величины.

В зависимости от используемых при поверке поверочных установок или других средств поверки допускаемую погрешность поверяемого прибора, выраженную в процентах от нормирующего значения, иногда необходимо пересчитать в другую, более удобную для проведения расчетов форму выражения.

При поверке приборов при помощи поверочных установок У300, У1134М и калибраторов типа П320, П321 погрешность, выраженную в процентах от нормирующего значения, удобно пересчитать в абсолютную форму:

,

(51)

 

где XN — нормирующее значение в единицах измеряемой величины или число делений шкалы.

При использовании калибраторов типа В1-9 погрешность поверяемого прибора следует пересчитать для каждой поверяемой отметки в относительную форму:

,

(52)

 

где δпi — допускаемое значение относительной погрешности в i-й поверяемой точке;

Xi — значение величины, соответствующее поверяемой отметке шкалы поверяемого прибора.

При использовании в качестве рабочих эталонов (ОСИ) цифровых вольтметров, допускаемые погрешности которых, как правило, выражены формулой

,

(53)

 

допускаемую погрешность образцового цифрового вольтметра можно пересчитать в приведенную форму для каждой точки поверяемого прибора: