Електровимірювальні прилади та електричні вимірювання

Вимірювання є єдиним можливим способом одержання кількісної інформації про властивості об’єктів навколишнього матеріального світу, тобто про фізичні величини – механічні, теплові, електричні та інші. Вони здійснюються за допомогою спеціальних технічних засобів. Особливо важливу роль відіграють електричні вимірювання. Сьогодні необхідні засоби вимірювань, придатні до одночасного збирання й оброблення інформації про значення багатьох змінних в часі й просторі величин, які характеризують перебіг технологічних процесів, передання їх на комп’ютер з метою одержання негайної команди подальшого керування процесом.

Вимірювання – це процес знаходження фізичних величин дослідно за допомогою спеціальних технічних засобів, яке слід виконувати в загальноприйнятих одиницях (Міжнародна система одиниць).

Класифікація ВП. Всі вимірювання фізичних величин в залежності від способу отримання результатів поділяються на прямі та опосередковані (непрямі). При прямому вимірюванні значення фізичної величини отримують безпосередньо з виміру, наприклад, при вимірюванні струму амперметром. При непрямому вимірюванні шукану величину обчислюють за даними прямих вимірів інших величин, з якими вона зв’язана. Наприклад, визначення опору за даними вимірів напруги та струму виконано методом непрямого вимірювання.

За видом вимірювальної величини електровимірювальні прилади поділяються на амперметри, вольтметри, ватметри, лічильники електричної енергії, частотоміри, фазометри , тощо.

Вимірювальні прилади (ВП) можна поділити на аналогові та цифрові. До аналогових приладів можна віднести всі прилади зі стрілочним покажчиком. Цифрові прилади дають покази у цифровій формі. Найбільше розповсюдження мають аналогові показу вальні прилади, які допускають відлік показів. Для цього вони мають відліковий пристрій, що складається із шкали, розташованої на циферблаті пристрою, і покажчика. Покажчик жорстко зв’язаний з рухомою частиною вимірювального механізму, який перетворює вимірювальну електричну величину в кутове переміщення рухомої частини, а отже, і покажчика.

Показ, відлік вимірювання, ціна поділки вп.

Показ вимірювального приладу – це значення величини, яке знаходиться за відліковим пристроєм в прийнятих одиницях, тобто показ приладу визначається як:

,

де - кількість поділок за відліковим пристроєм, - ціна поділки шкали приладу, що дорівнює кількості одиниць вимірювальної величини, яка припадає на одну поділку шкали.

Ціна поділки (амперметра, вольтметра, ватметра) визначається таким відношенням:

,

де - номінальне (найбільше) значення вимірювальної величини, - найбільше значення кількості поділок повної шкали.

Шкали ВП можуть бути рівномірними (поділки однакової довжини) і нерівномірними (поділки різних довжин). Найменше значення, вказане на шкалі, називається початковим, найбільше – кінцевим. Область між початковим і кінцевим значеннями називають діапазоном показів приладу.

Похибки та класи точності ВП. Результати вимірювань дають лише наближене до істинного значення величини. Відхилення результату вимірювання від істинного значення вимірювальної величини називають похибкою вимірювання. За способом вираження похибок ВП розрізняють абсолютну, відносну й зведену похибки.

Абсолютна похибка приладу - це різниця між показом приладу та істинним значенням вимірюваної величини , тобто:

.

Відносна похибка приладу - це відношення абсолютної похибки до істинного значення вимірювальної величини, виражене у відносних одиницях або у відсотках тобто:

.

Зведена похибка приладу ,виражена у відсотках - це відношення абсолютної похибки до значення , яке її нормує, тобто:

,

де - нормуюче значення (для приладів з нульовою позначкою на краю шкали дорівнює кінцевому значенню діапазону вимірювань, а для приладів з двобічною шкалою – арифметична сума кінцевих значень діапазону вимірювань).

Похибки є додатними, якщо результат вимірювання перевищує дійсне значення (Δ>0 при Х_ПР>Х), - та від’ємними (Δ<0 при Х_ПР<Х)/

Залежно від умов виникнення похибки розрізняють:

основну похибку – похибку приладів, яка проявляється в нормальних умовах роботи приладу, тобто при нормальному положенні, температурі довкілля 20±5⁰ С, нормальній вологості, без зовнішнього електричного та магнітного полів;

додаткову похибку – похибку приладів, що виникає при відхиленні значень реальних величин, що впливають, від нормальних, але в межах робочих умов, які є дещо ширші від нормуючих.

Згідно з держстандартом приладам присвоюється певний клас точності.

Клас точності (К) – це узагальнена характеристика, яка визначає допустимі межі основної та додаткової похибок та інші метрологічні характеристики приладів, що допустимі. Основна зведена похибка в робочому діапазоні шкали приладу, виражена у відсотках, не повинна перевищувати значення, що відповідає класу точності, тобто:

.

За ступенями точності прилади поділяються на 7 класів (0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0).

Принцип дії електромеханічних ВП. Основними частинами їх є електровимірювальне коло та вимірювальний механізм. Електрична величина (вхідна величина) надходить в електровимірювальне коло приладу й безпосередньо діє на вимірювальний механізм. Вимірювальний механізм – це пристрій, призначений для перетворення вхідної електричної величини в переміщення(кутове або лінійне) рухомої частини приладу. Переміщення рухомої частини ВП відбувається за рахунок взаємодії магнітних або електричних полів, результатом якої є виникнення обертального моменту. Пересування рухомої частини припиняється, коли настає рівність обертального та протидіючого моментів. Для створення протидіючого моменту використовують електромагнітні та механічні пристрої.

Для створення електромагнітного протидіючого моменту у вимірювальному механізмі влаштовують спеціальну обмотку, яка отримує живлення від того самого джерела, що й вимірювальне коло і переміщується разом з вимірювальною обмоткою. Для створення механічного протидіючого моменту широко використовують спіральні пружини з фосфористої бронзи або розтяги.

За принципом дії вимірювальної системи прилади поділяються на магнітоелектричні, електромагнітні, електродинамічні, феродинамічні та інші.