ОП. 08  Электрические измерения

КУРС ЛЕКЦИЙ

по дисциплине
ОП.08 Электрические измерения

базовая подготовка

Специальность: 27.02.03 Автоматика и телемеханика на транспорте

Профиль: технический

Квалификация выпускника: техник

Форма обучения: очная; заочная

 

Воронеж 2017 г.

 

 

Автор-составитель преподаватель высшей категории Гукова Н.С.

_{(уч. звание, должность, Ф.И.О)}

предлагает курс лекций дисциплины

 

ОП. 08  Электрические измерения

_{(код по учебному плану и название дисциплины)}

в качестве материала для реализации основной образовательной программы –программы подготовки специалистов среднего звена филиала РГУПС в г. Воронеж и осуществления учебно-воспитательного процесса в соответствии с федеральным государственным образовательным стандартом среднего профессионального образования, утвержденного приказом Министерства образования и науки Российской Федерации от                                           07.05.2014 г. №447 для специальности 27.02.03 Автоматика и телемеханика на транспорте (железнодорожном транспорте).

 

Учебный план по основной образовательной программе –программе подготовки специалистов среднего звена утвержден директором филиала РГУПС в г. Воронеж от 29.08 2017г.

Курс лекций дисциплины рассмотрен на заседании цикловой комиссии общепрофессиональных дисциплин

Председатель цикловой комиссии_________________________ Гукова Н.С.

                                                                                                  _{(подпись)                             (Ф.И.О.)}

Рецензент курса лекций  Андреещева Е.Ф.

_{(Ф.И.О рецензента)}

Преподаватель ВКК филиала РГУПС в г. Воронеж

_{(уч. звание, должность)}

_{(основное место работы)}

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

«Наука начинается с тех пор, как начинают измерять, точная наука немыслима без меры»

Д.И. Менделеев

 «Каждая вещь известна лишь в той степени, в какой её можно измерить»

Кельвин

 

 

Развитие науки и техники всегда было тесно связано с прогрессом в области измерений. Измерения являются одним из основных способов познания природы, её явлений и законов. Каждому, новому открытию в области естественных и технических наук предшествует большое число различных измерений

Важную роль играют измерения в создании новых машин, сооружений, повышении качества продукции. Особо важную роль играют электрические измерения как электрических, так и неэлектрических величин.

Первый в мире электроизмерительный прибор «указатель электрической силы» был создан в 1745 году, академиком Г.В. Рихманом, соратником М.В. Ломоносова.

Это был электрометр – прибор для измерения разности потенциалов. Однако только со второй половины XIX века в связи с созданием генераторов электрической энергии остро встал вопрос о разработке различных электроизмерительных приборов.

Вторая половина XIX века, начало XX века были ознаменованы созданием целого ряда электроизмерительных приборов. Русский электротехник М.О. Доливо-Добровольский разработал амперметр и вольтметр электромагнитный системы; индукционный измерительный механизм; основы ферродинамических приборов.

Русский физик А.Г. Столетов предложил метод  измерения магнитной проницаемости. Академиком Б.С. Якоби были предложены приборы для измерения сопротивления электрической цепи.

Дату первое июля 1893 г., когда было утверждено подготовленное Менделеевым "Положение о Главной палате мер и весов", считают началом новой эры в истории русской науки об измерениях.

Развитие электрических измерений характеризуется последовательным переходом от показывающих (се­редина и вторая половина XIX в.), аналоговых самопишущих (конец XIX - начало XX в.), автоматических и цифровых приборов (середина XX в. - 50-е годы) к информационно-измерительным системам.

Таким образом, расширение номенклатуры и качественных показате­лей средств измерительной техники неразрывно связано с достижениями радиоэлектроники. Одним из современных направлений развития изме­рительной техники, базирующейся на достижениях радиоэлектроники, являются цифровые приборы с дискретной формой представления инфор­мации. Такая форма представления результатов оказалась удобной для преобразования, передачи, обработки и хранения информации.

Широкие возможности открылись перед измерительной техникой в связи с появлением микропроцессоров (МП) и микро-ЭВМ. Благода­ря им значительно расширились области применения средств измеритель­ной техники, улучшились их технические характеристики, повысились надежность и быстродействие, открылись пути реализации задач, кото­рые ранее не могли быть решены.

Классификация измерений

Измерение – это нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных физических технических средств, определяемых как средства измерений. Получаемая при этом информация называется измерительной. По способу ее получения измерения подразделяются на прямые, косвенные, совокупные и совместные, по характеру проведения выделяют абсолютные и относительные, а по характеру поведения самой измеряемой величины различают статические и динамические.

Прямое измерение – это измерение, при котором искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных. В качестве примеров можно привести измерение тока при помощи амперметра, измерение напряжения с помощью вольтметра и т.д

Косвенное измерение – измерение, при котором искомое значение величины вычисляют на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, получаемыми из прямых измерений.

Совокупные и совместные измерения характеризуются тем, что одновременно производятся измерения нескольких одноименных (при совокупных измерениях) или разноименных (в случае совместных измерений) величин и путем решения системы уравнений, связывающих их, определяются искомое значение измеряемых величин. Совместные измерения можно интерпретировать как обобщение косвенных измерений, а совокупные – как обобщение прямых измерений.

Абсолютные измерения основаны на прямых измерениях одной или нескольких величин с использованием значений физических констант. Результат абсолютного измерения непосредственно выражается в единицах измеряемой величины.

Относительные измерения – измерения отношения величины к одноименной величине, принимаемой за исходную.

Если измеряемая величина остается в процессе измерения постоянной, такие измерения называют статическими. Если же она изменяется, измерения будут динамическими. Динамические в свою очередь могут быть непрерывными (применяемые технические средства позволяют непрерывно следить за значениями измеряемой величины) и дискретными (значения измеряемой величины фиксируются только в отдельные моменты времени).

Автоматизация измерений

Основные направления автоматизации измерений:

1) разработка средств измерений, в которых все необходимые регулировки выполняются автоматически, либо вообще не требуются;

2) замена косвенных измерений прямыми, и создание многофункциональных комбинированных приборов;

3) разработка панорамных измерительных приборов;

4) применение микропроцессоров (МП) и разработка на их основе приборов со встроенным интеллектом;

5) разработка измерительно-вычислительных комплексов (ИВК), имеющих в своем составе процессоры с необходимым периферийным оборудованием и программным обеспечением;

6) создание на базе ИВК как универсального ядра информационных измерительных систем (ИИС).

Проблема автоматизации измерений является актуальной уже на протяжении многих лет. Наиболее активный этап ее развития начался в 1970 годы и был связан с началом широкого использования микроэлектронных устройств, внедрением цифровой аппаратуры и средств измерений, микропроцессоров и микро-ЭВМ.

 

Измерительные трансформаторы применяются в цепях переменного тока для расширения пределов измерения по току и напряжению, а также для изоляции измерительных приборов от токоведущих частей, находящихся под высоким напряжением.

Трансформатор тока предназначен для уменьшения первичного тока до значений, наиболее удобных для измерительных приборов и реле, а также для отделения цепей измерения и защиты от первичных цепей высокого напряжения.

Трансформатор тока имеет замкнутый магнитопровод и две обмотки — первичную и вторичную. Первичная обмотка (Л₁-Л₂) включается последовательно в цепь измеряемого тока I₁, ко вторичной обмотке (И₁-И₂) присоединяются измерительные приборы, обтекаемые током I₂. Это могу быть амперметры, а также токовые обмотки ваттметров, счетчиков, фазометров.

 

 

Трансформатор тока характеризуется номинальным коэффициентом трансформации

,

где I_1ном. и I_{2 ном.} — номинальные значения первичного и вторичного тока соответственно.

Значения номинального вторичного тока приняты равными 5А и 1 А.

Коэффициент трансформации трансформаторов тока не является строго постоянной величиной и может отличаться от номинального значения вследствие погрешности, обусловленной наличием тока намагничивания. Отношение действительного значения тока I₁, текущего по первичной обмотке, к току вторичной обмотки I₂ называется действительным коэффициентом трансформации:

Таким образом, возникает погрешность по току, которая равна погрешности коэффициента трансформации:

Также трансформатор тока обладает угловой погрешностью δ, так как вторичный ток I₂ сдвинут по фазе относительно первичного тока I₁ на угол, отличный от 180⁰. Угловая погрешность выражается в градусах или минутах и влияет только на показания приборов, отклонение подвижной части которых зависит от сдвига фаз между токами в цепях этих приборов. К ним относятся ваттметры, счетчики энергии и фазометры.

В зависимости от предъявляемых требований выпускаются трансформаторы тока с классами точности 0,2; 0,5; 1; 3; 10. Указанные цифры представляют собой токовую погрешность в процентах номинального тока при нагрузке первичной обмотки током 100—120% для первых трех классов и 50 —120 % для двух последних. Для трансформаторов тока классов точности 0,2; 0,5 и 1 нормируется также угловая погрешность.

Погрешность трансформатора тока зависит от вторичной нагрузки (сопротивление приборов, проводов, контактов) и от кратности первичного тока по отношению к номинальному. Увеличения нагрузки и кратности тока приводят к увеличению погрешности. При первичных токах, значительно меньших номинального, погрешность трансформатора тока также возрастет.

На щитках измерительных трансформаторов указывают номинальный коэффициент трансформации в виде отношения номинальных токов, номинальная частота или область частот, номинальная нагрузка в Омах, класс точности, тип, номер и год выпуска.

Токовые цепи измерительных приборов и реле имеют малое сопротивление, поэтому трансформатор тока нормально работает в режиме, близком к режиму короткого замыкания. Если разомкнуть вторичную обмотку, магнитный поток в магнитопроводе резко возрастет, так как он будет определяться только МДС первичной обмотки. В этом режиме магнитопровод может нагреться до недопустимой температуры, а на вторичной разомкнутой обмотке появится высокое напряжение, достигающее в некоторых случаях десятков киловольт.

Из-за указанных явлений не разрешается размыкать вторичную обмотку трансформатора тока при протекании тока в первичной обмотке. При необходимости замены измерительного прибора или реле предварительно замыкается накоротко вторичная обмотка трансформатора тока (или шунтируется обмотка реле, прибора).

Для обеспечения безопасности персонала на случай пробоя изоляции между обмотками один из зажимов вторичной обмотки заземляется.

       По основным конструктивным признакам трансформаторы тока делятся на стационарные и переносные, высоковольтные и низковольтные, многовитковые и одновитковые, опорные и проходные.

       Наиболее распространенным вариантом переносного трансформатора являются измерительные клещи. Клещи предназначены для измерения тока в электрических цепях напряжением до 10 кВ, а также тока напряжения и мощности в электроустановках до 1 кВ без нарушения целостности цепей. Клещи представляют собой трансформатор тока с разъемным магнитопроводом, первичной обмоткой которого является проводник с измеряемым током, а вторичная обмотка замкнута на измерительный прибор, стрелочный или цифровой.

 

      

 

Рис. 8 Внешний вид измерительных клешей

       Измерительные трансформаторы напряжения предназначены для расширения пределов измерения по переменному напряжению ваттметров, вольтметров, счетчиков, фазометров, частотомеров. Устройство трансформатора напряжения аналогично устройству маломощного силового трансформатора. Его первичная обмотка (А-Х) имеет большее число витков ω₁ и подключается к сети измеряемого напряжения. К зажимам вторичной обмотки (a-х) с меньшим числом витков ω₂ присоединяют измерительные приборы.

	Рис.9 Схема включения измерительного трансформатора напряжения

       Каждый трансформатор напряжения рассчитан на определенное номинальное значение первичного напряжения U_1Н. Номинальное вторичное напряжение U_2Н имеет стандартные значения 100, 100/√3, 100/3 и 150 В. Отношение номинального первичного напряжения к номинальному вторичному напряжению называется номинальным коэффициентом трансформации.

       Номинальный коэффициент трансформации является основным параметром трансформатора и указывается на его щитке.

       Отношение действительного значения напряжения, приложенного к первичной обмотке U₁ к напряжению на вторичной обмотке U₂ называется действительным коэффициентом трансформации.

       Действительный коэффициент трансформации зависит от частоты и характера нагрузки, поэтому на практике используют значение номинального коэффициента трансформации. Таким образом, при использовании измерительного трансформатора возникает погрешность по напряжению, которая равна погрешности коэффициента трансформации.

       Помимо погрешности по напряжению, трансформатор обладает угловой погрешностью δ, представляющей собой угол в минутах между вектором первичного напряжения и повернутым на 180⁰ вектором вторичного напряжения.

       Погрешность по напряжению влияет на точность показаний всех приборов, подключенных ко вторичной обмотке, а угловая погрешность – только на приборы, показания которых зависят от угла сдвига фаз (ваттметры, счетчики, фазометры).

       Набольшая полная мощность, которой обладает трансформатор при погрешностях не выше допустимых, называется номинальной мощностью трансформатора S_Н. К трансформатору можно подключить такое количество приборов, при котором их суммарная мощность не превышает номинальной.

       Для всех трансформаторов напряжения нормируют значение номинальной мощности в соответствии с классом точности (0,2; 0,5;1,0;3,0). Классы точности лабораторных измерительных трансформаторов напряжения: 0,05; 0,1; 0,2.

       На щитках измерительных трансформаторов напряжения указывается номинальный коэффициент трансформации в виде отношения номинальных напряжений, номинальная частота или область частот, номинальная полная мощность с указанием коэффициента мощности, класс точности, тип, номер и год выпуска.

       Ввиду того, что сопротивления обмоток напряжения измерительных приборов велики, трансформатор напряжения работает в режиме, близком к холостому ходу, и для них опасны короткие замыкания. Поэтому первичные обмотки трансформаторов напряжения включают через предохранители. Для обеспечения безопасности персонала на случай пробоя изоляции между обмотками один из зажимов вторичной обмотки, металлический корпус и сердечник заземляются.

Трансформаторы напряжения принято разделять по следующим признакам:

1. По количеству фаз:

- однофазные;

- трехфазные.

2. По числу обмоток:

- 2-х-обмоточные;

- 3-х-обмоточные.

3. По способу действия системы охлаждения:

- электрические устройства с масляным охлаждением;

- электрические устройства с воздушной системой охлаждения (с литой изоляцией либо сухие).

4. По способу установки и размещения:

- для наружной установки;

- для внутренней установки;

- для комплектных релейных устройств.

 

 

Рис. 10 Внешний вид измерительного трансформатора напряжения

 

Рис.11 Схема подключения измерительных приборов через трансформаторы тока и напряжения

 

Измерение мощности

Мощность – физическая величина, равная выполняемой работе за единицу времени, что равносильно скорости изменения энергии системы. В частности, электрическая мощность – это величина, характеризующая скорость передачи или преобразования электрической энергии в другие виды энергии, например, механическую, тепловую, световую и т. д.

Для измерения мощности в цепях постоянного и однофазного переменного тока применяют приборы, называемые ваттметрами, для которых используют электродинамические и ферродинамические измерительные механизмы.

Рис.12 Схема включения ваттметра для измерения мощности в цепях постоянного и однофазного переменного тока

Т.к. на шкалах ваттметров классов точности 0,1; 0,2; и 0,5 указано только число делений, необходимо определить цену деления (постоянную) ваттметра по формуле:

,

где I_Н, U_Н  - номинальные значения тока и напряжения тех пределов, на которые включен ваттметр, α_Н – полное число делений шкалы прибора. Тогда величина измеренной мощности определяется по формуле:

,

где α – угол отклонения стрелки прибора.

Измерение активной мощности в цепях трехфазного переменного тока в зависимости от нагрузки и системы питания можно произвести с помощью одного или нескольких однофазных ваттметров.

а) Метод одного ваттметра применяется при симметричной нагрузке фаз и симметричных напряжениях. При соединении приемников звездой с доступной нулевой точкой однофазный ваттметр включается в одну фазу по схеме:

 

 

Рис.13 Схема измерения активной мощности в симметричной трехфазной системе с доступной нулевой точкой

Если приемники соединены треугольником или звездой с недоступной нулевой точкой, то применяется схема с искусственной нулевой точкой, которая создается параллельной цепью ваттметра и двумя дополнительными резисторами. Они подбираются так, чтобы сопротивление каждого из них равнялось суммарному сопротивлению обмотки напряжения и внутреннего добавочного сопротивления ваттметра.

 

Рис.14 Схема измерения активной мощности в симметричной трехфазной системе с искусственной нулевой точкой

Для обеих схем включения активная мощность всей трехфазной цепи будет определяться по формуле:

где P_W ^– показания ваттметра.

б) Метод двух ваттметров (схема Арона) применяется в трехпроводных цепях трехфазного тока при симметричной и несимметричной нагрузке фаз, симметричных и несимметричных напряжениях. Последовательные обмотки ваттметров включаются в два линейных провода, а параллельные – между этими проводами и третьим свободным проводом.

Рис.15 Схема измерения активной мощности в трехфазной трехпроводной цепи методом двух ваттметров

Для данной схемы активная мощность всей трехфазной системы определяется по формуле:

где P_W1 и P_W2 – показания ваттметров.

в) Метод трех ваттметров  применяется при несимметричной нагрузке фаз в четырехпроводной системе включения трехфазной цепи переменного тока. При таком включении по последовательным обмоткам ваттметров протекают фазные токи, а к параллельным обмоткам приложены фазные напряжения. Поэтому каждый ваттметр будет измерять мощность одной фазы, а мощность всей системы будет определяться как сумма показаний ваттметров

Рис.16 Схема измерения активной мощности в трехфазной четырехпроводной цепи методом трех ваттметров

Для измерения реактивной мощности применяются приборы электродинамической или ферродинамических систем, у которых угол поворота подвижной части пропорционален не cos, а sin, такие приборы называются варметры (ваттметры реактивной мощности). Однако для измерения реактивной мощности в трехфазных цепях могут быть применены обычные однофазные ваттметры.

а) Метод одного ваттметра применяется при симметричной нагрузке фаз и симметричных напряжениях. Последовательную обмотку включают в один из линейных проводов, а параллельную – между двумя линейными проводами, соблюдая порядок чередования фаз.

Рис. 17 Схема измерения реактивной мощности в трехфазной цепи переменного тока методом одного ваттметра

Реактивной мощность трехфазной системы определяется по формуле:

где P_W ^– показания ваттметра.

 

б) Метод двух ваттметров с искусственной нулевой точкой применяется при симметричной и несимметричной нагрузках и симметричных напряжениях. Искусственная нулевая точка создается тремя равными по величине активными сопротивлениями, образующими симметричную звезду. При этом параллельные цепи каждого ваттметра и добавочный резистор должны иметь равные сопротивления.

Рис.18 Схема измерения реактивной мощности в трехфазной цепи переменного тока методом двух ваттметров с искусственной нулевой точкой

 

Реактивная мощность трехфазной системы определяется по формуле:

где P_W1, P_W2 ^– показания ваттметров.

При симметричной нагрузке фаз реактивную мощность можно определить по показаниям ваттметров, включенных по схеме Арона по формуле:

,

где P_W1, P_W2 ^– показания ваттметров.

в) Метод трех ваттметров  применяется при несимметричной нагрузке фаз и симметричных напряжениях  в четырехпроводной и трехпроводной схемах включения трехфазной цепи переменного тока. Последовательные цепи ваттметров включаются в линейные провода, а параллельные цепи – между двумя «чужими» проводами.

Рис.19 Схема измерения реактивной мощности в трехфазной цепи переменного тока методом трех ваттметров

Реактивная мощность трехфазной системы определяется по формуле:

где P_W1, P_W2, P_W3 ^– показания ваттметров.

 

г) Двухэлементный трехфазный ваттметр совмещает в одном корпусе два однофазных ваттметра, вращающие моменты которых действуют на общую ось. Измерительный механизм двухэлементного ваттметра состоит из двух независимых друг от друга неподвижных катушек, магнитные потоки которых замыкаются через магнитопроводы. Подвижная часть представляет собой две жестко скрепленные катушки на одной оси, находящиеся под действием алгебраической суммы двух вращающих моментов. При этом угол отклонения стрелки будет пропорционален активной мощности трехфазной цепи.

Последовательно с каждой подвижной катушкой включены добавочные резисторы R_д, ограничивающие ток в катушках. Добавочный резистор R_д^′ предназначен для компенсации взаимного влияния катушек друг на друга.

Для правильного подключения трехфазного ваттметра зажимы его параллельных цепей обозначаются буквами А, В, С (в соответствии с проводом, к которому они подключены), А зажимы последовательных цепей обозначаются соответственно I_A и I_C.

 

 

Рис.20 Устройство трехфазного двухэлементного ваттметра

       Двухэлементный трехфазный ваттметр используется для измерения активной мощности в трехпроводных трехфазных цепях. Для измерения активной мощности в четырехпроводных трехфазных цепях используется трехэлементный ваттметр, в котором объединены в одном корпусе три однофазных ваттметра.

Измерение фазы

Фазометры служат для измерения разности фаз между током и напряжением. Электродинамический фазометр имеет неподвижную катушку 5-6, состоящую из двух частей, и две подвижные катушки 1-2 и 3-4, расположенные под углом 90° друг к другу, т.е. представляет собой электродинамический логометр.

Логометрами называются электроизмерительные приборы, в которых нет механического противодействующего момента, и показания зависят не от величины тока, а от отношения токов. В логометрах подвижной частью являются две жестко связанные катушки. Токи, проходя по катушкам, создают два противоположно направленных вращающих момента, которые уравновешивают друг друга при некотором угле поворота подвижной системы прибора.

Подвижные катушки насажены на ось, на которой крепится указательная стрелка. Неподвижная катушка, выполненная из толстого провода, включается в цепь последовательно с нагрузкой, а подвижные катушки из тонкого провода – параллельно. Последовательно с одной подвижной катушкой включается активное сопротивление R, обеспечивающее равенство фаз между током и напряжением в ней. Последовательно со второй катушкой включается катушка индуктивности L, что создает сдвиг фаз, близкий к 90° между напряжением и током в ней.

Расположение подвижных катушек под углом 90° друг к другу создает противоположные вращающие моменты последних таким образом, что угол отклонения указательной стрелки пропорционален углу сдвига фаз между током и напряжением в цепи. Шкала фазометра проградуирована в cos φ. При положительном значении φ, что соответствует отставанию тока от напряжения (индуктивная нагрузка), указательная стрелка прибора отклоняется вправо от середины шкалы, а при отрицательном значении φ – отставание напряжения от тока (емкостная нагрузка) – указательная стрелка отклоняется влево. Середине шкалы соответствует в cos φ = 1 (φ = 0).

 

 

Рис. 27 Фазометр электродинамической системы

На основе электродинамических механизмов возмож­но построение фазометров для измерения соsφ и в трех­фазных цепях переменного тока. По принци­пу действия он подобен однофазному фазометру, но необходимые фазовые сдвиги между токами в обмотках рамок подвижной части прибора можно получить более просто, используя 120-градусные сдвиги между напряже­ниями и токами трехфазной цепи. Такой прибор дает правильные показания в трехфазной цепи с симмет­ричными напряжениями и токами. В случае несимметрич­ной трехфазной цепи можно говорить лишь о разности фаз между током и напряжением в каждой фазе.

Измерение частоты

       Измерение низких частот (до 2000 Гц) с относительно невысокой точностью производится при помощи стрелочных частотомеров, которые в зависимости от условий работы, назначения и диапазона измеряемых частот могут быть электродинамической, ферродинамической, вибрационной и других систем.

       В современной аппаратуре железнодорожной автоматики, телемеханики и всязи используется широкий спектр частот. Требования по обеспечению надежности и высококачественной работы аппаратуры вызывают необходимость измерения частоты в процессе из настройки и регулировки.

       В зависимости от измеряемой частоты и требуемой точности измерений выбирается соответствующий метод измерения.

       Стрелочный частотомер электродинамической системы представляет собой логометрическую схему. K — неподвижная катушка логометра из двух одинаковых частей для создания равномерного магнитного поля; К₁ и К₂ — подвижные катушки, жестко скрепленные под углом 90° и взаимодействующие с катушкой K; C, L, R — электрические емкость, индуктивность и сопротивление колебательного контура; С₁ — конденсатор, обеспечивающий сдвиг фаз (90°) между U и I₁; U — напряжение, частота которого измеряется; I и I₁ — токи в ветвях логометра. Величины L и С подобраны таким образом, что на частоте, соответствующей середине шкалы приборы, наступает резонанс напряжений, и ток  I совпадает по фазе с напряжением U. На резонансной частоте момент, действующий на катушку К₂, будет равен нулю. Тогда под действием момента катушки К₁ подвижная система прибора повернется так, что стрелка остановится на середине шкалы.

       При отклонении измеряемой частоты от резонансной изменятся величина и знак фазы тока I, в результате чего возникнет момент, действующий на катушку К₂, и подвижная часть повернется в ту или иную сторону на угол, зависящий от частоты. Таким образом, шкалу прибора можно проградуировать в герцах.

Рис.28 Частотомер электродинамической системы

       Электродинамический частотомер включается в измеряемую цепь параллельно и измеряет частоты от 25 до 2350 Гц.

       Вибрационные (резонансные) частотомеры применяются для измерения промышленной частоты с невысокой точностью. Их принцип основан на явлении механического резонанса. Прибор состоит из электромагнита и ряда упругих стальных пластин на общем основании, соединённом с якорем электромагнита. Электрическое напряжение измеряемой частоты подают на обмотку электромагнита, возникающие при этом колебания якоря передаются пластинам, по вибрации которых определяют значение измеряемой частоты. Двухсистемные вибрационные частотомеры (с двойной шкалой) используются для измерения двух частот в системах для их синхронизации. Частотомеры имеют отсчётное устройство в виде рядных вибрирующих пластин.

Рис. 29 частотомер вибрационной системы

       Электронно-счетные частотомеры по своим возможностям являются универсальными приборами. Их основное назначение - измерение частоты непрерывных и импульсных колебаний, осуществляемое в широком частотном диапазоне (примерно от 10 Гц до 100 МГц) при погрешности измерений не более 0,0005%. Кроме того, они позволяют измерять периоды низкочастотных колебаний, длительности импульсов, отношения двух частот (периодов) и т. д.

       Действие электронно-счётных частотомеров основано на дискретном счёте числа импульсов, поступающих за калиброванный интервал времени на электронный счётчик с цифровой индикацией. Синусоидальное напряжение измеряемой частоты поступает на входное устройство (ВУ) и далее на формирователь импульсов (ФИ), преобразующий напряжения в однополярные импульсы, повторяющиеся с той же частотой, что и измеряемое напряжение. Данные импульсы подаются на электронный счетчик (ЭСч) только в строго определенные промежутки времени, в течение которых открыт временной селектор (ВС). Открывание и закрывание временного селектора производит прямоугольный импульс, сформированный управляющим устройством (УУ). Длительность данного импульса, определяющая образцовый временной интервал (ΔТ), стабилизирована генератором стабильной частоты (Г), на выходе которого имеется делитель (ДЧ), обеспечивающий получение интервалов времени, кратных десяти. Электронный счетчик(ЭСч) подсчитывает количество импульсов измеряемой частоты, поступивших с выхода временного селектора за время ΔТ, и передает результат на цифровой индикатор (ЦИ).

Рис.30 структурная схема (а) и временные диаграммы (б)  электронно-счетного частотомера

Управляющее устройство, помимо временных интервалов, определяет продолжительность времени отсчета результата измерений и производит сброс показаний счетчика.

К недостаткам электронно-счётных частотомеров следует отнести сложность их схем, значительные габариты и массу, высокую стоимость.

Метод амперметра-вольтметра

Для проведения измерительных работ необходимо искусственно собрать электрическую цепь, в которой ток течет через испытуемый заземлитель и токовый электрод (его еще называют вспомогательным). Также в этой схеме задействуется потенциальный электрод, назначение которого – замер падения напряжения во время протекания электрического тока по заземлителю. Потенциальный электрод нужно расположить одинаково далеко от токового электрода и испытуемого заземлителя, в зоне с нулевым потенциалом.

Рис. 37 Измерение сопротивления заземления методом амперметра-вольтметра

Чтобы измерить сопротивление методом амперметра-вольтметра необходимо воспользоваться законом Ома. Итак, по формуле R=U/I находим сопротивление контура заземления. Такой метод хорошо подходит для измерений в частном доме. Чтобы получить нужный измерительный ток,можно воспользоваться сварочным трансформатором. Также подойдут и другие виды трансформаторов, вторичная обмотка которых электрически не связана с первичной.

Измерение фазового сдвига

Понятие фазы связано с гармоническими (синусоидальными) колебаниями. Для напряжения

полной фазой является весь аргумент гармонической функции;  величину φ называют начальной фазой. Для двух гармонических колебаний с равными частотами