Измерение тока

III

II

I

Метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

Измерения – это нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств. Под измерением понимается процесс физического сравнения данной величины с некоторым ее значением, принятым за единицу измерения.

Единство измерений – это состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах и погрешности измерений известны с заданной вероятностью.

Погрешность измерения– это отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины. Чем меньше погрешность измеряемой величины, тем выше его точность.

Точность измерения – это качество измерений, отражающее близость их результатов к истинному значению измеряемой величины. Погрешность измерения и точность измерения зависят от многих причин. Проведение измерения требует применения специальных технических средств (средств измерения).

Средство измерения – это техническое средство, используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические свойства (характеристики). Метрологические характеристики устанавливаются нормативно-технической документацией и называются нормированными.

По конструктивному исполнению и форме представления измерительной информации средства измерений подразделяются на меры, измерительные приборы, измерительные установки, измерительные системы, измерительные преобразователи.

Мера – средство измерений, предназначенное для воспроизведения одного или нескольких фиксированных значений физической величины заданного размера.

Измерительный прибор (ИП) – средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. В зависимости от формы представления информации различают аналоговые и цифровые приборы.

Измерительная установка – совокупность функционально объединенных средств измерений и вспомогательных устройств, предназначенная для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для непосредственного восприятия наблюдателем и расположенная в одном месте.

Измерительная система – совокупность средств измерений и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи, предназначенная для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для автоматической обработки, передачи и использования в системах управления, контроля, диагностирования и т.п.

Измерительный преобразователь – средство измерений, предназначенное для преобразования сигналов измерительной информации в форму, целесообразную для передачи, обработки и хранения. Измерительная информация на выходе измерительного преобразователя, как правило, недоступна для непосредственного восприятия наблюдателем.

Важнейшей характеристикой средств измерений является его метрологическая характеристика, с помощью которой определяют значение измеряемой величины и аппаратную составляющую погрешности результата измерения.

В систему СИ предложено включить шесть основных величин: 1)длина в метрах; 2) масса в килограмм; 3) время в секундах; 4) температура в градусах Кельвина; 5) ток в амперах; 6) сила света в канделах (таблица 1).

Опираясь на основные единицы СИ выведены производные механические и производные электрические единицы величин (таблица 2) и (таблица 3).

Погрешность измерения – это отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины различают абсолютную и относительную погрешность измерения.

Абсолютная погрешность измерения Δ равна разности между результатом измерения А и истинным значением измеряемой величины Х.

(1.1)

Относительная погрешность измерения δ представляет собой отношение (в процентах) абсолютной погрешности измерения Δ к истинному значению измеряемой величины.

(1.2)

Для измерительных приборов помимо абсолютной и относительной погрешности характерна ее приведенная погрешность, которая представляет собой γ, выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности Δ_п прибора к нормирующему значению: ,где L – нормирующее значение, условно принятое значение в физической величины, постоянное во всем диапазоне измерений или некоторой его части и которое регламентируется ГОСТ.

Для измерения тока амперметр включают последовательно в разрыв измеряемой цепи. Амперметр любой системы можно представить в виде следующей эквивалентной схемы (рис. 4.1а), где LА, CА, RА, - индуктивность, емкость, сопротивление внутренней цепи амперметра. Очевидно, что включение амперметра в измеряемую цепь окажет на нее параметрическое и энергетическое влияние. Параметрическое влияние тем значительнее, чем выше частота и больше LА и CА, энергетическое – чем больше RА, так как при этом возрастет потребление мощности от измеряемой цепи.

Рисунок 4.1- Измерение тока высокой частоты:

а) эквивалентная схема амперметра;

б) включение амперметра;

в) структурная схема амперметра с преобразованием.

Для измерения тока высокой частоты следует использовать схему с преобразованием (рис 4.1 в), где сначала ток высокой частоты преобразуется в постоянный, который измеряют магнитоэлектрическим индикатором – микро или миллиамперметром. Преобразование осуществляют либо за счет теплового действия тока, либо путем его выпрямления. Поэтому высокочастотные амперметры представляют собой совокупность индикатора и преобразователя (рис. 4.1в), и называется термоамперметрами или выпрямителями.

Термоамперметр состоит из термоэлектрического преобразователя и магнитоэлектрического индикатора, шкалу которого градуируют в значениях измеряемого тока. Термоэлектрический преобразователь представляет собой тонкую проволоку из тугоплавкого металла, называемую нагревателем, и одну или несколько термопар, приваренных к его середине. Такой термопреобразователь называется контактным (рис.4.2.а). При прохождении измеряемого тока через нагреватель, место контакта нагревается и термопары нагреваются до температуры tº1, а холодный слой b остается при температуре окружающей среды tº0 . В результате, в термопаре возникает термоЭДС Ет, пропорциональная разности температур в месте контакта с нагревателем и внешних концов термопары. Индикатор присоединен к этим концам термопары и по нему протекает ток, пропорциональный квадрату среднеквадратического значения измеряемого тока :

Iи = Eт/(Rт + Rн), (4.7)

где Rт , Rн – сопротивления термопары и индикатора, т.о. , шкала термоэлектрического прибора близка к квадратичной.

На рис.4.2.б приведена схема бесконтактного термоэлектрического преобразователя. В контактном преобразователе имеется гальваническая связь между нагревателем и термопарой, т.е., между входной и выходной цепями, что не всегда допустимо. В бесконтактном преобразователе, преобразователь отделен от термопары из стекла или керамики, либо воздушной прослойкой.

Рисунок 4.2.- Термоэлектрический преобразователь

Термоэлектрические измерительные приборы получили распространение преимущественно для измерения токов. В качестве вольтметров они практически не применяются, так как их входное сопротивление мало. К достоинствам приборов термоэлектрической системы можно отвести высокую чувствительность к измеряемому току, широкий диапазон частот, а также возможность измерения средних квадратических значений токов произвольной формы. Недостатком термоэлектрических приборов является неравномерность шкалы, зависимость показаний от температуры окружающей среды и большая инерционность термопреобразований. Термоэлектрические приборы очень чувствительны к перегрузкам. В зависимости от назначения они имеют различные пределы измерения *(от 1 мА до 50 А), классы точности (от 0,1 до 2,5) и частный диапазон (от 45 Гц до сотен мегагерц). Термоамперметры обозначаются буквой «Т» и номером модели : Т20, Т29…

Выпрямительные приборы (амперметры) применяются для измерения силы тока и напряжения в частотном диапазоне от звуковых частот до высоких и сверхвысоких частот. Принцип работы таких приборов заключается в выпрямлении выпрямления переменного тока с помощью полупроводниковых диодов (рис.4.3). Постоянная составляющая выпрямленного тока измеряется прибором магнитоэлектрической системы (микроамперметром, миллиамперметром). В схеме прибора используют однополупериодные и двухполупериодные выпрямители. В однополупериодных схемах (рис.4.3.а). Ток i через магнитоэлектрический прибор, включенный последовательно с диодом Д1, пропускается только в положительный полупериод. В отрицательный полупериод, для которого сопротивление диода Д1 велико, ток протекает через диод Д2, включенный параллельно прибору. Для уравнивания сопротивления параллельных ветвей последовательно со вторым диодом включен резистор R, сопротивление которого равно измерительной цепи прибора. Подвижная часть магнитоэлектрического прибора обладает механической инерцией и на частотах выше 10…20 Гц не успевает следить за

Рисунок 4.3 Выпрямительные приборы

Мгновенными значениями вращающегося момента, реагируя только на среднее значение момента. Для однополупериодного выпрямителя измеряемого тока синусоидальной формы:

(4.8)

а показания прибора

α = Si* Iср (4.9)

где Si – чувствительность магнитоэлектрического прибора по току; В двух полупериодных схемах выпрямителя (рис. 4.3.б) ток i, протекающий через прибор, увеличиваются вдвое по сравнению с током, протекающим в схеме (рис 4.3 а).

Для синусоидального тока

Iср.в = 0,636 *Im (4.10)

Из (4.9) видно, что шкала выпрямительного прибора и при любой форме кривой измеряемого тока отклонение стрелки прибора пропорционально среднему за период значению. Однако, на практике, шкалу выпрямительных приборов всегда градуируют в среднеквадратичных значениях напряжения (тока) синусоидальной формы. Следовательно, в приборах с двухполупериодным выпрямлением все значения оцифрованных делений как бы умножены на коэффициент формы Кф = 1,11. Отсюда следует, что при измерении тока или напряжения несинусоидальной формы, полученный тосчет по шкале такого выпрямительного прибора сначала нужно разделить на 1,11 (получить выпрямленное значение измереяемой величины), а затем умножить на коэффициент формы, соответствующий форме реального сигнала. В приборах с однополупериодным выпрямлением вместо 1,11 подставляют 2,22.

Выпрямительные приборы получили широкое распространение в качестве комбинированных измерителей постоянного и переменного тока и напряжения классов мощности 1,5 и 2,5; с пределами измерения по току от 2 мА до 600 А; по напряжению от 0,3 до 600 В.

Достоинствами выпрямительных приборов являются высокая чувствительность, малое собственное потребление энергии и измерения в широком диапазоне частот. Частотный диапазон выпрямительных приборов определяется возможностями применяемых диодов. Применение точечных диодов обеспечивает изменение переменных токов и напряжений до частот порядка 10⁴…10⁶ Гц. Основными источниками погрешностей этих приборов являются изменения параметров диодов с течением времени, влияние окружающей температуры , а также отклонение формы кривой измеряемого тока или напряжения от той, при которой произведена градуировка прибора.

Дата добавления: 2014-03-13; просмотров: 645; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!