А.И. Елшин, К.С. Мочалин, В.И. Мухин

ВОДНОГО ТРАНСПОРТА» (НГАВТ)

 

А.И. Елшин, К.С. Мочалин, В.И. Мухин

 

МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ

И СЕРТИФИКАЦИЯ

 

 

Методические указания

по выполнению лабораторных работ

 

Под редакцией доктора

технических наук, профессора

Елшина А.И.

 

 

Новосибирск – 2009

УДК 389.64 (07)

ББК

Н 76

 

Елшин, А.И. Метрология, стандартизация и сертификация: методические указания по выполнению лабораторных работ/ А.И. Елшин, К.С. Мочалин, В.И. Мухин; под ред. А.И. Елшина. – Новосибирск: Новосиб. гос. акад. вод. трансп., 2009. – 64 с.

 

 

Даны теоретические сведения и приведено описание лабораторных работ, выполняемых в лаборатории «Метрология, стандартизация и сертификация» кафедры «Электроэнергетические системы и электротехника. Методические указания предназначены для студентов как неэлектротехнических специальностей, так и электротехнических специальностей вузов. Материал методических указаний представляет интерес для преподавателей и слушателей системы повышения квалификации и переподготовки кадров.

 

 

Методические указания утверждены на заседании кафедры «Электроэнергетические системы и электротехника» и рекомендованы к печати 10 сентября 2008 г. (протокол № 2)

 

 

Рецензент: Кандидат технических наук, доцент

кафедры "Информационные системы" НГАВТ Жаров А.В

 

© Елшин А.И., Мочалин К.С., Мухин В.И. 2009

 

© ФГОУ ВПО «Новосибирская

государственная академия водного транспорта», 2009

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение…………………………………………………………………………………….... 1 Измерительные приборы…………………………………………………………….…... Лабораторная работа № 1.Исследование однофазных индукционного и электронного счетчиков электрической энергии……………………………………………………… Лабораторная работа № 2.Исследование трехфазных индукционного и электронного счетчиков электрической энергии при соединении нагрузки по схеме «звезда»………... Лабораторная работа № 3.Измерение активной и реактивной мощности в цепях трёхфазного переменного тока……………………………………………………….……... Лабораторная работа № 4.Поверка электроизмерительных приборов………….…….. Лабораторная работа № 5. Определение сопротивления нагрузки путем косвенных измерений…………………………………………………………………………….………. Лабораторная работа № 6.Исследование влияния доверительной вероятности и числа измерений на результаты измерений……………………………………………….……. Приложения………………………………………………………………………………….. Приложение А Инструкция по работе с мультиметром……………………………….. Приложение Б Основополагающие документы по обеспечению единства измерений…………………………………………………………………………………………….. Список рекомендуемой литературы………………………………………………………

 

ВВЕДЕНИЕ

Дисциплина «Метрология, стандартизация и сертификация» является общеинженерной для технических специальностей. Методические указания содержат материалы, согласно которым необходимо выполнять и оформлять лабораторные работы, и методические указания к проведению лабораторных работ.

Лабораторные и практические занятия позволяют повысить уровень знаний студентов по изучаемому предмету:

а) знакомят с устройством и конструктивными особенностями основных электрических измерительных приборов, машин и аппаратов;

б) обучают методике и технике проведения электротехнического лабораторного эксперимента;

в) обучают технике электрических измерений и определения погрешностей этих измерений;

г) закрепляют навыки правильной регистрации результатов измерения и оформления выводов по проделанной работе;

д) обучают применению расчётных методик определения погрешностей.

Техника безопасности при выполнении работ

Работа с любыми действующими электроустановками сопряжена с некоторым риском. При определенных условиях электроустановки могут стать источником опасности поражения электрическим током. Чтобы избежать неблагоприятных последствий неверного обращения с электроустановками необходимо соблюдать ряд правил, которые называются «техникой безопасности».

При соприкосновении с двумя неизолированными элементами установки тело человека становится звеном электрической цепи и возникающий вследствие этого ток, который проходит непосредственно по какому-либо участку тела человека, может вызвать ожог этого участка или нанести тяжелые повреждения нервной, сердечной, дыхательной систем организма.

Установлено, что как постоянный, так и переменный электрический ток при величине 0,05 А является опасным, а при 0,1 А – смертельным. При увеличении напряжения на электроустановке опасность поражения электрическим током возрастает.

Опасное напряжение определяется величиной сопротивления человеческого тела, которое изменяется в широких пределах (от 500 до нескольких десятков тысяч Ом) и зависит от свойств кожи, душевного состояния и ряда других причин. Это значит, что напряжение даже в несколько десятков вольт от 40 до 60 В может привести к тяжелым поражениям организма человека.

При напряжении от 15 до 20 В сопротивление тела человека при сухой и неповрежденной коже составляет от 3 до 100 кОм. Порезы, синяки, влага и так далее снижают сопротивление кожи до 500 Ом. Наименьшим сопротивлением обладает кожа лица, шеи и рук на участке выше ладоней.

Знание правил техники безопасности и их соблюдение позволяет предотвратить случаи поражения электрическим током и выход из строя электрооборудования.

И электротехника»

 

Дисциплина: «Метрология, стандартизация и сертификация»

 

ОТЧЁТ

по лабораторной работе № 1

 

на тему:

 

«Исследование однофазных индукционного и
электронного счетчиков электрической энергии»

 

Факультет: Электромеханический

Группа: ИТ-3

Выполнил: Иванов К.А.

Преподаватель: д-р. техн.

наук, профессор Елшин А.И.

 

 

Новосибирск – 2009

Таблица 1 – Условные обозначения на шкалах электроизмерительных приборов

Условное обозначение	Наименование
Обычный измерительный механизм	Логометрический измерительный механизм
Т и п и з м е р и т е л ь н о г о м е х а н и з м а
		Магнитоэлектрический с подвижной рамкой
		Магнитоэлектрический с подвижным магнитом
		Электромагнитный прибор
		Электромагнитный поляризованный прибор
		Электродинамический прибор
		Ферродинамический прибор
		Индукционный прибор
		Электростатический прибор
		Вибрационный прибор (язычковый)
		Тепловой прибор (с нагреваемой проволокой)
		Биметаллический прибор
		Прибор магнитоэлектрический с выпрямителем.
		Прибор магнитоэлектрический с электронным преобразователем (электронный прибор).
		Прибор магнитоэлектрический с изолированной и неизолированной термопарами (термоэлектрический).
Т и п и з м е р я е мых в е л и ч и н
		Ток постоянный
		Ток переменный (однофазный)
		Ток постоянный и переменный
		Ток трехфазный переменный (общее обозначение)
Д о п о л н и т е л ь н ы е о б о з н а ч е н и я
		Прибор применять при вертикальном положении шкалы
		Прибор применять при горизонтальном положении шкалы
		Класс точности прибора 1,5
		Измерительная цепь изолирована от корпуса и испытана напряжением, например 2кВ.
		Прибор защищен от влияния внешнего магнитного поля
		Прибор защищен от влияния внешнего электрического поля
		Внимание! Смотри указания в инструкции к прибору

1 ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

Электромеханические преобразовательные системы

Любой электроизмерительный прибор состоит из двух основных частей: измерительного механизма и измерительной цепи.

Измерительный механизм служит для преобразования подводимой к нему электрической энергии в механическую энергию подвижной части прибора (указатели, стрелки).

Измерительная цепь преобразует измеряемую электрическую величину (напряжение, ток, и пр.) в пропорциональную ей величину, непосредственно влияющую на измерительный механизм.

Для количественной оценки измеряемых напряжений, токов и мощностей первоначально выполняется согласование их предполагаемых значений и номинального (максимально возможного для измерения) значения используемого электроизмерительного прибора.

Результирующее перемещение (отклонение) индикатора является результатом сравнения электромагнитного момента (усилия) преобразователя и эталонного усилия, развиваемого устройством противодействия (упругий элемент).

Поскольку подвижная часть измерительного механизма представляет собой массу, соединенную с упругим элементом, то процесс измерения сопровождается механическими колебаниями индикатора, тем большими, чем инертнее является индикатор и чем выше скорость нарастания входного воздействия. Для успокоения колебаний подвижной части механизма используются успокоители или демпферы, что равносильно уменьшению времени установки индикатора. Развиваемый ими момент всегда направлен против действия результирующего момента, а его величина пропорциональна скорости перемещения индикатора.

В зависимости от принципа электромеханического преобразования измерительные механизмы классифицируются на:

магнитоэлектрические (в т.ч. магнитоэлектрические логометры, термоэлектрические преобразователи с изолированным и не изолированным термопреобразователем) – вращающий момент формируется в результате взаимодействия магнитного поля постоянного магнита и контура (рамки) с током;

электромагнитные (в т.ч. логометр электромагнитный) – вращающий момент формируется в результате взаимодействия магнитного поля неподвижной катушки на ферромагнитный якорь (подвижное ферромагнитное тело);

электродинамические (в т.ч. логометр электродинамический) – вращающий момент формируется в результате взаимодействия двух контуров с током, один из которых неподвижен; ферродинамические – вращающий момент формируется в результате взаимодействия магнитного поля, создаваемого электромагнитом, и подвижного контура (рамки) с током;

электростатические – вращающий момент формируется в результате взаимодействия двух или нескольких заряженных тел, одно из которых является подвижной частью механизма;

индукционные (в т.ч. логометр индукционный)– в них используются неподвижные контуры с током, создающие переменные магнитные поля, которые, взаимодействуя с наводимыми в диске индукционными токами, приводят его во вращение.

Логометры – приборы которые измеряют отношения двух сигналов.

Магнитоэлектрическая система

Магнитоэлектрические измерительный механизм мажет выполняться либо с подвижной рамкой (рисунок 1 а), либо с подвижным магнитом (рисунок 1 б).

Рисунок 1 – Магнитоэлектрический измерительный механизм: а) - с подвижной рамкой; б) - с подвижным магнитом

 

Конструкция. Прибор с подвижной рамкой имеет постоянный магнит 1 с цокольными наконечниками 3. Подвижная рамка с обмоткой из тонкой проволоки 4 может вращаться вокруг неподвижного стального цилиндра 2. Концы проволоки присоединены к спиральным пружинам 5 и 6, через эти пружины в рамку подается измеряемый ток. Вместе с рамкой поворачивается ось 7 и указательная стрелка 8.

Прибор с подвижным магнитом имеет катушку 9 (рисунок 1, б). Внутри неё укреплен подвижный магнит 10, который при отсутствии тока в катушке располагается вдоль неподвижного магнита 11. Для создания успокаивающего момента установлен стакан 12 из ферромагнитного материала. Магнитный экран 13 служит для защиты прибора от влияния внешних магнитных полей. На оси подвижного магнита укреплена указательная стрелка 14.

В магнитоэлектрическом приборе с подвижной рамкой измеряемый ток I пропускается через рамку и на неё начинает действовать сила:

, (1)

где B – магнитная индукция в зазоре, l – длина витка рамки находящегося в магнитном потоке, w – число витков.

Относительно оси рамки создается вращающий момент:

, (2).

При повороте рамки происходит закручивание пружин на угол a и создается противодействующий момент:

M_пр=aW, (3)

где W – удельный противодействующий момент пружинок.

Вся система поворачивается до тех пор, пока вращающий момент не уравновесится противодействующим моментом, отсюда можно получить уравнение шкалы прибора:

a = Bilw/W = SI. (4)

Величина S для данного прибора постоянная и называется чувствительностью прибора. Она показывает, на какой угол отклоняется стрелка при изменении силы тока на единицу.

В магнитоэлектрических логометрах имеется две рамки в магнитном поле постоянного магнита и угол отклонения стрелки пропорционален отношению токов в них.

Магнитоэлектрическая система имеет следующие преимущества и недостатки.

Преимущества. Более высокие точность и чувствительность; равномерная (линейная) шкала; сравнительно малое энергопотребление; практическая невосприимчивость к внешним электромагнитным излучениям.

Недостатки. Возможность работы только на постоянном токе; сравнительная сложность конструкции; заметная чувствительность к перегрузкам и механическим воздействиям – ударам и вибрации; сравнительно высокая зависимость от температуры окружающей среды.

Электромагнитная система

Наиболее часто используется в щитовых электроизмерительных приборах, предназначенных для индикации электрических параметров сети переменного тока.

Конструкция. Электромагнитный система имеет электроизмерительный механизм с неподвижной катушкой, по обмотке которой протекает измерительный ток, и один или несколько ферромагнитных сердечников, установленных на оси.

Электромагнитные приборы изготавливают либо с плоской катушкой (рисунок 2, а), либо с круглой катушкой (рисунок 2, б). Плоскую неподвижную катушку 1 наматывают из толстой проволоки на неферромагнитный каркас 2 так, что внутри неё образуется воздушный зазор. Рядом с зазором располагают ферромагнитную пластинку 7, ось пластинки расположена асимметрично, на оси крепят стрелку 8 прибора, перемещающуюся вдоль шкалы 3 прибора. На оси укреплены противодействующая пружина 6 и алюминиевый сектор 5, который может поворачиваться в поле постоянного магнита 4.

Электромагнитный прибор с круглой катушкой устроен следующим образом. Из толстой проволоки намотана круглая катушка 10. с воздушным центральным зазором. Внутри зазора неподвижно расположена ферромагнитная пластина 11, а на оси закреплена вторая, но уже подвижная ферромагнитная пластина 12. На оси пластины 12 закреплены противодействующая пружинка 13 и стрелка 14 прибора. Для создания противодействующего момента закрепляют на оси алюминиевый сектор и устанавливают постоянный магнит (на рисунке не показаны).

Рисунок 2 – Электромагнитный измерительный механизм: а) - с плоской катушкой; б) - с круглой катушкой

 

Электромагнитный прибор с плоской катушкой работает следующим образом. По катушке пропускают измеряемый ток, который создает в катушке намагничивающую силу Iw и магнитный момент поток Ф. Этот поток втягивает внутрь катушки ферромагнитную пластинку 7. При этом действующая на неё сила пропорциональная квадрату магнитной индукции В, возникающей в катушке.

Уравнение шкалы электромагнитного прибора имеет вид:

, (5)

где W – удельный противодействующий момент, создаваемый спиральной пружиной;
m₀ –магнитная проницаемость среды внутри катушки; l – длина катушки; А – постоянная величина для данного прибора; S=AI – чувствительность электромагнитного прибора.

Из формулы следует, что угол отклонения стрелки пропорционален квадрату тока.

Чувствительность электромагнитного прибора зависит от значения измеряемого тока. При измерениях малых токов она мала настолько, что начало шкалы (10-15% шкалы) не градуируют.

Аналогично работает прибор с круглой катушкой. Уравнение шкалы прибора можно записать в виде:

. (6)

Преимущества. Применяются как на постоянном, так и на переменном токе; непосредственное измерение тока возможно примерно до 100А; способность выдерживать большие перегрузки (нет токоподводов к подвижным частям).

Недостатки. Нелинейный характер измерительной шкалы; сравнительно большое энергопотребление (при 5А потребление составляет 2,5 Вт); невозможность достижения высокой точности; малая чувствительность. Электроизмерительные механизмы чувствительны к внешним электромагнитным излучениям, поэтому их, как правило, экранируют ферромагнитным экраном.

Электродинамическая система

Электродинамический измерительный механизм имеет неподвижную катушку 3 (рисунок 3, а) и подвижную катушку 4 на оси подвижной катушки закреплены стрелка 2 и две спиральные пружинки 1. Пружинки служат для подачи тока в подвижную катушку и для создания противодействующего момента. Для успокоения стрелки прибора используют демпфер 5.

При пропускании тока I1 по неподвижной катушке 3 (рисунок 3, б), в ней создается магнитный поток Ф, направление которого зависит от направления тока в катушке и определяется по правилу правой руки. Если пропустить ток I2 по подвижной катушке, то на каждый её проводник будет действовать сила F=B₁ I₂l₂. Направление силы определяется по правилу левой руки. Общая сила, действующая на рамку, создает вращающий момент, под действием которого подвижная рамка вместе со стрелкой прибора будут поворачиваться на определенный угол.

Достоинства. Могут применяться в цепях постоянного и переменного тока. Имеют высокую максимально достижимую точность (до 0,1 %).

Недостатки. Сравнительно невысокая чувствительность; зависимость от внешних магнитных полей (необходимо экранирование); зависимость от температуры внешней среды; значительная потребляемая мощность; не допускают длительных перегрузок.

 

Рисунок 3 – Электродинамический измерительный механизм: а) устройство; б) схема, описывающая принцип работы

 

Поворот системы будет происходить до тех пор, пока вращающий момент не станет равен противодействующему. Уравнение шкалы прибора имеет вид:

. (7)

Ферродинамическая система

Ферродинамические отличаются от электродинамических тем, что у них каждая из катушек имеет свои магнитопроводы. Благодаря этому внутри катушек создаются сильные магнитные поля, которые, взаимодействуя между собой, вызывают появление вращающего момента на оси подвижной катушки.

Уравнение шкалы имеет вид:

, (8)

где S – чувствительность ферродинамического прибора.

Приборы, с ферродинамическим измерительным механизмом могут измерять переменные токи, напряжения и мощности. Благодаря собственному сильному магнитному полю эти приборы слабо подвержены влиянию внешних магнитных полей.

Основной недостаток таких приборов относительно малая точность (классы точности 1...2,5), большое потребление тока и чувствительность к колебаниям частоты.

Электростатическая система

Электростатические измерительные механизмы применяются в основном в вольтметрах, используемых для измерения напряжения в высоковольтных цепях постоянного и переменного тока и цепях с высокочастотными сигналами.

Рисунок 4 – Устройство электростатического измерительного механизма.

 

Конструкция. Принцип действия электростатического устройства (рисунок 4) основан на взаимодействии двух заряженных электродов, один из которых неподвижен 1, а второй 2 имеет возможность вращаться на оси 3 в создаваемом первым электрическом поле. Спиральная пружина 4 задает момент сопротивления и служит для подачи потенциала на подвижную пластину (электрод).

Уравнение шкалы электростатического прибора имеет вид:

, (9)

где S – чувствительность электростатического прибора.

Достоинства. Высокое входное сопротивление, что определяет малое энергопотребление; реакция на действующее значение напряжения не зависит от формы сигнала; широкий частотный диапазон измеряемого сигнала; высокая точность (до 1%).

Недостатки. Нелинейная шкала; малая чувствительность; значительное влияние внешних электромагнитных полей (необходимо экранировать).

Индукционная система

Основное назначение – измерение электрической энергии (активной и реактивной) в цепях переменного однофазного и трехфазного токов (в настоящее время наиболее применимы цифровые устройства измерения мощности).

Измерительный механизм индукционного прибора состоит из двух магнитопроводов 1 и 4 (рисунок 5), набранных из тонких листов электротехнической стали, изолированных друг от друга. На магнитопроводе 1 намотана катушка из толстого провода с малым числом витков w₁, на магнитопроводе 4 – катушка из тонкого провода с большим числом витков w₂. Магнитопроводы расположены таким образом, что создаваемые в них магнитные потоки пронизывают алюминиевый диск 6. Диск может вращаться в поле постоянного магнита 5, установленного для создания противодействующего момента. На оси диска расположен червяк 2, передающий движение диска на счетное устройство 3.

Рисунок 5 – Индукционный измерительный механизм

 

Принцип действия индукционного прибора следующий. При подаче в первую катушку переменного тока I₁ в ней возникает магнитный поток Ф₁, который пронизывая алюминиевый диск наводит в нём ЭДС Е₁=4,44f₁w₁Ф₁. Под действием ЭДС в диске возникает вихревой ток I_В1=E₁/R_дис. Этот ток, замыкаясь по диску, попадает в поле действия магнитного потока Ф₂, вызванного прохождением тока во второй катушке. Значение силы F₁ взаимодействия переменного магнитного потока Ф₂ с током I_В1 можно выразить следующей формулой:

. (10)

Эта сила относительно оси диска создает вращающий момент

, (11)

который стремится повернуть диск по часовой стрелке. В свою очередь. переменный магнитный поток Ф₂ вызывает в диске вихревой ток I_В2. Значение силы взаимодействия переменного магнитного потока Ф₁ с током I_В2 можно описать уравнением F₂=k₄Ф₁Ф₂.

Эта сила относительно оси диска создает второй вращающий момент М_ВР2=F₂b=k₅Ф₁Ф₂, который стремится вращать алюминиевый диск против часовой стрелки.

Результирующий вращающий момент пропорционален произведению магнитных потоков, пронизывающих алюминиевый диск, и синусу угла сдвига фаз φ между ними:

М_ВР=М_ВР1-М_ВР2=kФ₁Ф₂sin φ, (12)

где k – коэффициент пропорциональности, зависящий от геометрических размеров магнитопроводов, их материала и расположения, от числа витков катушек, частоты тока, сопротивления алюминиевого диска и других факторов.

Для стабилизации скорости вращения алюминиевого диска в приборе предусматривается устройство на основе постоянного магнита, который создает противодействующий момент.

Устройства задания противодействующего момента

Противодействующий момент в электроизмерительных приборах создается механическими силами пружин, растяжек или подвесов.

При этом противодействующий момент пропорционален повороту подвижной части механизма (углу закручивая упругого элемента).

Растяжки – упругие ленты из бериллиевой или оловянной бронзы, крепятся одним концом к подвижной части, а оставшимися концами к плоским пружинам (рисунок 6, а).

Рисунок 6 – Устройства задания противодействующего момента при помощи растяжек (а), подвеса (б) и спиральных пружин (в): 1-спиральная пружина; 2-ось; 3-рычаг для установки стрелки в нулевое положение; 4-эксцентрик для поворота рычага 3 и стрелки 5; 6-балансирующие противовесы

 

В приборах повышенной чувствительности применяются подвесы – металлические или кварцевые нити (рисунок 6, б).

Спиральные пружины для задания момента противодействия применяются в приборах с установкой подвижной части на осях (рисунок 6, в).

Успокоители

В измерительных механизмах применяются воздушные и магнитоиндукционные успокоители.

Воздушные успокоители выполняются в виде воздушного крыла (рисунок 7, а) или воздушного поршня (рисунок 7, б). Момент сопротивления является результатом аэродинамического сопротивления перетеканию воздуха из одной полукамеры в другую при перемещении крыла или поршня.

Рисунок 7 – Устройство успокоителей: воздушный поршневой (а), воздушный крыльчатый (б), магнитоиндукционный (в)

 

Магнитоиндукционные успокоители. Момент сопротивления обусловлен взаимодействием магнитного поля постоянных магнитов с индукционными токами, наводимыми в алюминиевой пластинке (рисунок 7, в).

Основные показатели измерительных приборов

Диапазон измерений – область значений измеряемой величины, для которой нормированы допустимые погрешности измерительного прибора.

Диапазон показаний – размеченная область шкалы, ограниченная её минимальным (начальным) и максимальным (конечным) возможными значениями измеряемой величины (может быть шире диапазона измерений).

Предел измерений – наименьшее или наибольшее значение диапазона измерений.

Цена деления шкалы – разность значений измеряемой величины, соответствующая двум соседним отметкам шкалы:

. (13)

Чувствительность по измеряемому параметру – отношение изменения сигнала на выходе измерительного прибора к вызвавшему его изменению измеряемой величины. Для приборов с линейной градуировочной характеристикой – это отношение сигнала на выходе к сигналу на входе.

Метрологические показатели измерений

В зависимости от влияющих на работу средств измерения величин различают основную и дополнительную погрешности.

Основная погрешност ь средства измерения имеет место в нормальных условиях их эксплуатации, то есть значения влияющих на их работу величин находятся в пределах заранее оговоренных диапазонов.

Дополнительная погрешность средств измерения – погрешности, возникающие при выходе влияющих величин за пределы нормальных значений.

В зависимости от способа выражения погрешности средств измерения различают абсолютную, относительную и приведенную погрешности.

Абсолютная погрешность Δx измерений – отклонение результата измерений от истинного (действительного) значения измеряемой величины, выраженное в единицах измеряемой величины:

_.. (14)

Относительная погрешность измеренийδ – погрешность измерений, выраженная отношением абсолютной погрешности измерения к действительному или истинному значению измеряемой величины, которую выражают в долях или процентах:

. (15)

Приведенная погрешность – выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности к некоторому нормирующему значению х_н (верхний предел измерений, диапазон измерений, длина шкалы и др.)

Класс точности – обобщенная метрологическая характеристика средств измерения, определяемая предельными значениями допустимых основных и дополнительных погрешностей. В зависимости от вида погрешностей присущих данному прибору (аддитивная и/или мультипликативная) класс точности прибора определяется следующими способами.

Если прибору присуща только аддитивная погрешность, то класс точности прибора определяется по приведенной погрешности, представляющей собой отношение наибольшей абсолютной погрешности Δ x_max к нормирующему значению – конечному значению шкалы прибора:

, (16)

и маркируется на шкале прибора числом из ряда, определенного ГОСТом 8.401-80.

ГОСТ 8.401-80 устанавливает следующие классы точности (1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 4; 5; 6)х10ⁿ, где n= 0, -1, -2, -3, ….

Если прибору присуща только мультипликативная погрешность, то класс точности определяется по погрешности чувствительности такого прибора.

, (17)

и маркируется на шкале прибора числом, из ряда определенного ГОСТом, в кружке (например).

Если же прибору присуща аддитивная и мультипликативная погрешности, то класс точности определяется по приведенной погрешности в конце диапазона и приведенной погрешности в начале диапазона . Маркировка выполняется на шкале прибора в виде отношения двух чисел / из ряда, определенного ГОСТом (например 0,02/0,01).

Зная класс точности прибора, можно определить погрешность измерения.

Например, амперметр класса точности 2,5 и I_ном=5А будет иметь наибольшую абсолютную погрешность:

(А). (18)

 

Тогда, если амперметр показывает измеряемый ток I_изм=4А, действительное значение измеряемого тока I_ист =4 ± 0,125, а относительная погрешность составит:

. (19)

Если этим же амперметром измерить ток меньшей величины, например I_изм=1А, то относительная погрешность будет:

(%). (20)

Таким образом, при постоянстве абсолютной погрешности на всех участках шкалы прибора относительная погрешность растет к началу шкалы. Поэтому рекомендуется подбирать прибор так, чтобы измеряемая величина не была намного меньше номинального ее значения, указанного на шкале.

Устройство и принцип работы однофазного индукционного счётчика

Счетчик представляет собой измерительную ваттметровую систему и является интегрирующим (суммирующим) электроизмерительным прибором. Принцип действия индукционных приборов основан на взаимодействии переменных магнитных потоков с токами, индуктированными ими в подвижной части прибора (в диске). Электромеханические силы взаимодействия вызывают движение подвижной части. Схематическое устройство однофазного счетчика представлено на рисунке 8.

Основными его узлами являются электромагниты 1 и 2, алюминиевый диск 3, укрепленный на оси 4, опоры оси - подпятник 5 и подшипник 6, постоянный магнит 7. С осью связан при помощи зубчатой передачи 8 счетный механизм (на рисунке не показан), 9 - противополюс электромагнита 1. Электромагнит 1 содержит Ш - образный магнитопровод, на среднем стержне которого расположена многовитковая обмотка из тонкого провода, включенная на напряжение сети U параллельно нагрузке Н. Эта обмотка в соответствии со схемой включения называется параллельной обмоткой или обмоткой напряжения. При номинальном напряжении 220 В параллельная обмотка имеет обычно 8-12 тысяч витков провода диаметром 0,1 - 0,15 мм. Электромагнит 2 расположен под магнитной системой цепи напряжения и содержит U - образный магнитопровод, с расположенной на нем обмоткой из толстого провода с малым количеством витков. Данная обмотка включена последовательно с нагрузкой и поэтому называется последовательной или токовой обмоткой. Через нее протекает полный ток нагрузки. Обычно количество ампервитков этой обмотки находится в пределах 70 - 150, т.е. при номинальном токе 5 А обмотка содержит от 14 до 30 витков. Комплекс деталей, состоящий из последовательной и параллельной обмоток с их магнитопроводами, называется вращающим элементом счетчика.

 

Рисунок 8 – Устройство однофазного индукционного счетчика

Ток, протекающий по обмотке напряжения, создает общий переменный магнитный поток цепи напряжения, небольшая часть которого (рабочий поток) пересекает алюминиевый диск, находящийся в зазоре между обоими электромагнитами. Большая часть магнитного потока цепи напряжения замыкается через шунты и боковые стержни магнитопровода (нерабочий поток), который разделяется на две части и необходим для создания требуемого угла сдвига фаз между магнитными потоками цепи напряжения и цепи нагрузки (токовой це