Тема 4.1 Измерения в цепях постоянного и переменного тока.

Методы электрических измерений. Классификация погрешностей. Класс точности измерительных приборов. Средства измерения электрических величин. Характеристики электроизмерительных приборов. Классификация электроизмерительных приборов. Измерение постоянного и переменного тока и напряжения. Расширение пределов измерения амперметра и вольтметра. Измерение мощности. Схемы включения ваттметров. Цифровые приборы для измерения основных параметров электрических цепей.

 

Методы электрических измерений.

Устройства, воспроизводящие единицу измерения, с которой сравнивается измеряемая величина, называются мерами.
В зависимости от степени точности и области применения меры подразделяют на эталоны, образцовые и рабочие.

Эталоны обеспечивают воспроизведение и хранение единицы физической величины с наивысшей для данного уровня техники точностью.

Образцовые меры служат для поверки и градуировки рабочих мер и измерительных приборов.

Рабочие меры используют для поверки измерительных приборов и для непосредственных измерений в научных организациях и на промышленных предприятиях.

В зависимости от способа получения результатов измерения делят на два вида: прямые и косвенные.

Прямыми называют измерения, при которых искомое значение физической величины определяют непосредственно по показанию прибора. К ним относятся: измерение тока амперметром, электроэнергии — счетчиком, напряжения — вольтметром и др.

Косвенными называют измерения, при которых искомое значение физической величины находят на основании известной функциональной зависимости между этой величиной и величинами, полученными в результате прямых измерений (определение электрического сопротивления R по показаниям амперметра и вольтметра, т. е. R = U/I).

В зависимости от приемов использования принципов измерений и измерительных приборов все методы измерения делятся на методы непосредственной оценки и методы сравнения.

Под методом непосредственной оценки понимают метод, при котором значение измеряемой величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора (значение тока — по амперметру, значение напряжения — по вольтметру и др.).

Метод непосредственной оценки прост, но отличается сравнительно невысокой точностью.

Методом сравнения называют метод, при котором измеряемая величина в измерительной цепи сравнивается с величиной, воспроизводимой мерой. Методы сравнения подразделяют на нулевой, дифференциальный и замещения.

Нулевой метод — это метод сравнения измеряемой величины с мерой, в котором результирующий эффект воздействия сравниваемых величин на прибор доводят до нуля (измерение электрического сопротивления с помощью уравновешенного моста).

Дифференциальный метод — это метод сравнения, в котором на измерительный прибор воздействует разность измеряемой величины и величины, воспроизводимой мерой (измерение электрического сопротивления с помощью неуравновешенного моста).

Метод замещения — это метод сравнения, в котором измеряемую величину в измерительной цепи замещают известной величиной, воспроизво димой мерой.

Классификация погрешностей.

По способу выражения погрешности средств измерений разделяют на абсолютные, относительные и приведённые.

Абсолютная погрешность ΔА – разность между показанием прибора А и действительным значением измеряемой величины Ад: ∆A = A – Aд.

Относительная погрешность β – отношение абсолютной погрешнос-ти ΔА к значению измеряемой величины А, выраженное в процентах: β = (∆А/А)100.

Приведённая погрешность γ (в процентах) – отношение абсолютной погрешности ΔА к нормирующему значению Аном: γ = (∆А/Аном)100.

Для приборов с нулевой отметкой на краю или вне шкалы нормирующее значение равно конечному значению диапазона измерений.

По характеру проявления, зависимости от текущего значения, режима измерения и условиям возникновения погрешности средств измерения подразделяют на систематические и случайные, аддитивные и мультипликативные, статические и динамические, основные и дополнительные.

Систематическая погрешность – погрешность, остающаяся постоянной или изменяющаяся по определенному закону. Ее значение всегда можно учесть введением соответствующих поправок.

Случайные погрешности – погрешности, изменяющиеся как случайная величина. Эти погрешности нельзя исключить опытным путем.

Аддитивные погрешности не зависят от значения измеряемой величины в пределах диапазона измерения. Источником их могут быть шумы элементов схемы, напряжение смещения в усилителях постоянного тока, внешние выходы и утечки в схемах, термоэдс и др.

Мультипликативные погрешности пропорциональны текущему значению измеряемой величины. Источником их является нестабильность коэффициентов передачи отдельных функциональных узлов средств измерений.

Статические погрешности возникают при измерении постоянной во времени измеряемой величины (измерение постоянного напряжения, частоты переменного тока и т. д.).

Динамические погрешности возникают при измерении изменяющихся во времени величин. Причиной их возникновения является инерционность средств измерений.

Основные погрешности – погрешности средств измерений при нормальных условиях эксплуатации, т. е. при нормируемой стандартами температуре внешней среды, влажности, атмосферном давлении, напряжении и частоте питания, внешних электрических и магнитных полях и др.

Дополнительная погрешность – погрешность, возникающая при отклонении одной или более влияющих величин от нормального значения.

Для сопоставления средств измерений, предназначенных для измерения одной и той же физической величины, служит понятие класса точности, который является обобщенной характеристикой, определяемой пределами допускаемых основных и дополнительных погрешностей, а также другими свойствами, влияющими на точность, значения которых устанавливают в стандартах на отдельные виды средств измерений. Следует иметь в виду, что класс точности не является непосредственно показателем точности измерения.