Электротехнические измерительные приборы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное автономное государственное

образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Политехнический институт

Электрические станции и электроэнергетические системы

РЕФЕРАТ

Электротехнические измерительные приборы

Красноярск 2011

ПЛАН

Введение

1. Классификация электроизмерительных приборов

2. Международная система единиц

3. Стандарты на электроизмерительные приборы. Термины

4. Нормируемые метрологические характеристики (ГОСТ 22261-76)

5. Основные требования к испытаниям, проверке и эксплуатации электроизмерительных приборов

6. Основные понятия

7. Виды измерительных электротехнических приборов

8. Амперметр

9. Ваттметр

10. Вольтметр

11. Фазометр

12. Частомер

13. Осцилограф

14. Омметр

15. Анализатор спектра частот

16. Щитовые приборы

17. Цифровые приборы

Заключение

Список используемой литературы

ВВЕДЕНИЕ

Особое место в измерительной технике занимают электрические измерения. Современная радиотехника, энергетика (включая атомную) и электроника опираются на измерение электрических величин. Большинство неэлектрических величии легко преобразуются в электрические с целью использования электрических сигналов для индикации, регистрации, математической обработки измерительной информации, управления технологическими процессами и передачи результатов измерений на большие расстояния.

В настоящее время разработаны и выпускаются приборы, е помощью которых могут быть произведены измерения более 50 электрических величин. Перечень измеряемых электрических величин включает в себя ток, напряжение, частоту, отношение токов н напряжений, сопротивление, емкость, индуктивность, мощность и т.д. Многообразие измеряемых величин определило и многообразие технических средств, реализующих измерения.

Электроприборостроение является специализированной отраслью отечественной промышленности, выпускающей технические средства для измерений электрических и магнитных величин и параметров электрических цепей, а также электрофизических свойств материалов.

Ниже приводится общие сведения об электроизмерительных приборах, представленных в настоящем справочнике.

1. КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Электроизмерительную аппаратуру и приборы можно классифицировать по ряду признаков. По функциональному признаку эту аппаратуру и приборы можно разделить на средства сбора, обработки и представления измерительной информации и средства аттестации и поверки. Отдельные приборы могут совмещать ряд функциональных признаков.

Электроизмерительную аппаратуру по назначению можно разделить на меры, системы, приборы и вспомогательные устройства.

Кроме того, важный класс электроизмерительных приборов составляют преобразователи, предназначенные для преобразования электрических величин в процессе измерения или преобразования измерительной информации.

По способу представления результатов измерений приборы и устройства можно разделить на показывающие и регистрирующие.

По методу измерения средства электроизмерительной техники можно разделить на приборы непосредственной оценки и приборы сравнения (уравновешивания).

По способу применения и по конструкции электроизмерительные приборы и устройства делятся на щитовые (в том числе панельные), переносные и стационарные.

По точности измерения приборы делится на измерительные, в которых нормируются погрешности; индикаторы, или внеклассные приборы, в которых погрешность измерений больше предусматриваемой соответствующими стандартами, и указатели, в которых погрешность не нормируется.«.

По принципу действия или физическому явлению, положенному в основу работы прибора или устройства, можно выделить следующие укрупненные группы: электромеханические. электронные, термоэлектрические и электрохимические. четкую границу между ними провести трудно, так как имеются комбинированные устройства, использующие ряд физических явлений.

В зависимости от способа защиты схемы прибора от воздействия внешних условий корпуса приборов делятся на обыкновенные, воло-, газо- и пылезащищенные, герметические. взрывобезопасные.

В основу построения настоящего справочника положено раздайте средств электроизмерительной техники на следующие группы:

Цифровые электроизмерительные приборы. Аналого-цифровые и цифро-аналото- вые преобразователи.

Поверочиые установки и установки для измерений электрически* и магнитных величин.

Многофункциональные и мноюканальные средства, измерительные системы и измерительно-вычислительные комплексы.

Щитовые аналоговые приборы

Приборы лабораторные и переносные.

Меры и приборы .ив измерений электрических и магнитных величии

Приборы электроизмерительные регистрирующие.

Измерительные преобразователи, усилители, трансформаторы и стабилизаторы.

Счетчики электрические

Принадлежности, запасные и вспомогательные устройства.

2. МЕЖДУНАРОДНАЯ СИСТЕМА ЕДИНИЦ

Системой единиц называется совокупность основных и производных единиц физических величии. В СССР с 1 января 1963 г. рекомендуется применение Международной системы единиц (СИ) как предпочти тельной во всех областях науки в техники.

С 1 января 1980 г. Введен в действие в качество государственного стандарта стандарт Совета Экономической Взаимопомощи - СТ СЭВ 1052-78 «Метрология. Единицы физических величин».

Таблица 1 - Международной системы единиц (СИ)

Величина	Единица измерения	Обозначение
	русское название	международное название	русское	международное
Длина	метр	metre (meter)	м	m
Масса	килограмм	kilogram	кг	kg
Время	секунда	second	с	s
Сила тока	ампер	ampere	А	A
Термодинамическая температура	кельвин	kelvin	К	K
Сила света	кандела	candela	кд	cd
Количество вещества	моль	mole	моль	mol

Дополнительные единицы следующие: радиан (rad, рад) -- угол между двумя радиусами окружности; длина дуги между которыми равна радиусу; стерадиан (sr, ср) - телесный угол, вершина которою расположена в центре сферы и который вырезает на поверхности сферы площадь, равную площади квадрата со стороной, равной радиусу сферы. Кратные и дольные единицы образуются путем умножения на 10\ где к - целое число. Приставки хдя образования кратных и дольных основных, дополнительных и производных единиц даны в табл. 1-2

Электроизмерительные приборы, приведенные в настоящем справочнике, прямо и косвенно (при помощи расчетов) могут измерять указанные в табл. 1*3 электрические, магнитные и электроматиитные величины.

В качсстес измеряемых величин в электроизмерительной технике приняты основные и производные единицы, рекомендованные СТ СЭВ 1052-78.

3. СТАНДАРТЫ НА ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ. ТЕРМИНЫ

Принятая в Советском Союзе система государственной стандартизации определяется основным стандартом ГОСТ 1.0-68, который классифицирует все стандарты и определяет принципы их составления. В соответствии с этим все стандарты делятся на следующие категории: государственные стандарты СССР (ГОСТ), отраслевые стандарты (ОСТ) республиканские стандарты (РСТ). стандарты предприятий (СТП).

В зависимости от содержания требований к электроизмерительным приборам приняты следующие виды стандартов: технических условий (всесторонних технических условии); типов и основных параметров (размеров): марок. сортаментов; конструкций и размеров; технических требований; правил приемки; методов испытаний (контроля, анализа, измерений); правил маркировки, упаковки; транспортирования и хранения; методов и средств поверки; правил эксплуатации и ремонта; типовых технологических процессов.

Методы испытания приборов (вспомогательных частей), не предусмотренные основными стандартами и государственной системой обеспечения единства измерений устанавливаются стандартами на отдельные группы приборов, отраслевыми стандартами и техническими условиями.

Стандарты па электроизмерительные приборы можно разделить на четыре группы: 1) общие требования, правила и нормы; 2) требования к отдельным группам приборов; 3) требования к деталям; 4) государственнкая система обеспечения единства измерений.

К первой группе стандартов относятся: ГОСТ 22261-76 «Средства измерений электрических величии Общие технические условия». ГОСТ 12997-76 «Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации. Технические требование».

Основной стандарт ГОСТ 22261-76 устанавливает общий для всех средств измерений электрических величин общепромышленного назначения нормальные и рабочие условия применения; метрологические характеристики и методы их контроля и определения; требования к конструкции. надёжности и безопасности; правила приемки, маркировки, упаковки, транспортирования и хранения, гарантии изготовителя.

Государственная система промышленных приборов и средст в автоматизации (ГСП) представляет собой совокупность изделий (на основе базовых конструкций с унифицированными структурами к конструктивными параметрами), предназначенных для получения, обработки и использования информации.

ГОСТ 12997-76 распространяется на приборы и средства автоматизации государственной системы промышленных приборов и средст в автоматизации (ГСП). Он определяет основные условия испытаний приборов, изменения их показаний, устойчивость к механическим воздействиям, комплектование поставок, маркировки, упаковки и хранения изделий.

4. НОРМИРУЕМЫЕ МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ (ГОСТ 22261-76)

Основными метрологическими характеристиками любого электроизмерительною прибора и устройства являются класс точности или предел допускаемой основной погрешности или предел допускаемой систематической составляющей и допускаемого отклонения случайной составляющей погрешности. Для большинства типов приборов в стандартах на конкретные виды приборов устанавливается в качестве основной характеристики класс точности. Класс точности является обобщенной характеристикой средств измерений, определяющей пределы допускаемых основных и дополнительных погрешностей.

Основная погрешность - это погрешность средства измерений, используемого в нормальных условиях эксплуатации, которые должны соответствовать следующим значениям: температура окружающего воздуха (20 ± 0.5), (20 ± 1), (20 ± 2), (20 ± 5) 0С; относительная влажность воздуха (65 ± 15)%; атмосферное давление (100 ± 4) кПа (750 ± 30) мм рт. ст.; напряжение питающей сети (220±4,4) В для сети с частотой 50 Гц; (220 ± 4.4) иди (115 ± 2.5) В для сети с частотой ,400 Гц. Частота питающей сети (50 ± 0.2) или (400 ± 12) Гц.

Классы точности и соответствующие им предельно допускаемые значения основной погрешности выбираются из ряда: (1; 1,5; 2,0; 2.5; 4,0; 5,0; 6,0)-10n, где n = 0 или целому отрицательному числу (ГОСТ 13600- 68). Из этого ряда исключаются классы 5.0 и 6.0. Класс 2,0 применяется для счетчиков электрической энергии.

Для приборов, у которых основная погрешность больше 4.0. класс не устанавливается, и прибор характеризуется предельным значением основной погрешности. Этим же значением характеризуются приборы, у которых предельные дополнительные погрешности не связаны численным соотношением с классом приборов; многопредельные приборы, для которых устанавливаются различные пределы допускаемых погрешностей.

К метрологическим характеристикам также оросятся, предел допускаемой погрешности в интервале значений влияющей величины: предел дополнительной погрешности, обусловленный изменением влияющей величины (эта характеристика применяется для большинства типов приборов), или функция влияния влияющих величии в пределах рабочей области. При линейной зависимости дополнительных погрешностей от изменения влияющей величины устанавливается отношение приращения погрешности к изменению влияющей величины.

Пределы допускаемых основных и дополнительных погрешностей (в процентах) устанавливаются в виде приведенных (г), относительных (д) или абсолютных (?) погрешностей, которые могут определяться по формулам:



Дополнительно устанавливаются способы выражения пределов допускаемых погрешностей:

относительной (в децибелах)

где А = 10 при измерении мощности и других энергетических величии; А = 20 при измерении напряжения, силы тока и других силовых величин: ступенчатой функцией



где a1, a2, a3, ai , a, b, c, d - постоянные размерные или безразмерные величины; Хi, X - измеряемые или влияющие величины и, применяемые без учета знака; Xk, - конечное значение диапазона измерений; c1 , с2 , ci -- конкретные значения измеряемой или влияющей величины; XN - нормирующее значение измеряемой величины.

Нормирующее значение XN принимается равным:

a) конечному значению диапазона измерений (если нулевая отметка находится на краю или вне шкалы) и арифметической сумме конечных значений диапазона измерений (если нулевая отметка находится внутри диапазона измерений) - для приборов с равномерная или степенной шкалой.

б)номинальному значению - для приборов, предназначенных для измерений величин, для которых установлено это номинальное значение;

в)диапазону показаний -- для приборов с логарифмической, гиперболической или другой существенно неравномерной шкалой.

Погрешность ? и д можно представить в виде таблиц или графиков. Пределы допускаемых абсолютных погрешностей выражают в единицах измеряемой величины.

Важной характеристикой прибора являются вариации отсчетов и значение невозвращения указателя к нулевой отметке. Эти характеристики нормируются в зависимости от класса точности прибора. Так. например, полуторакратное значение основной погрешности допускается для электромагнитных и ферродинамических приборов классов 0.05 и 0,1 (при поверке их на постоянном токе): самопишущих приборов с чернильной записью, приборов, устойчивых к механическим воздействиям; миниатюрных и малогабаритных приборов. Для всех остальных приборов вариация не должна превышать абсолютного значения основной погрешности.

Невозвращение указателя к нулевой отметке от наиболее удаленной точки шкалы для приборов класса 0,05, приборов с подвижной частью на растяжках, приборов с углом шкалы более 1200 , миниатюрных и малогабаритных приборов, а также приборов, устойчивых к механическим воздействиям, не должно превышать (в миллиметрах ?=0,01КL, где К - численное значение класса точности прибора; L-длина диапазона показаний, мм. Для остальных приборов допускается половина указанного значения.

Дополнительные погрешности вызываются следующими факторами:

1. Отклонение температуры окружающего прибор воздуха от нормальной (или от обозначенной на приборе) вызывает изменение параметров электрической цепи прибора и механических подвижных частей. Погрешность, возникающая в этих условиях, называется температурной погрешностью, которая может достигать значительной величины.

Допускаемые отклонения от номинальных значений вспомогательных частей приборов (шунтов, добавочных сопротивлении и др.), вызванные изменением температуры на 10 К. приведены ниже:

Класс вспомогательной части0.01 0.02 0.05 0.1 0.2 0.5 1.0

Допускаемое отклонение в %±0.007 ± 0.015 +0,025 ±0.05 ±0.1 ±0.25 ±0.5

2. Отклонение прибора от его рабочего положения в любом направлении на угол 50 вызывает погрешность, не превышающую значения предела допекаемой основной погрешности. Это требование не распространяется на приборы, снабженные уровнем Для приборов со световым указателем допускается корректировка нуля при наклонном положении прибора. Если на приборе рабочее положение не указано. то при изменении наклона прибора от 0 до 900 дополнительная погрешность не превысит половины допускаемой основной погрешности.

3. Влияние внешнего магнитного или электрического поля проявляется в том, что на собственное магнитное или электрическое поле прибора накладывается внешнее поле, которое в зависимости от своего направления увеличивает или уменьшает вращающий момент прибора.

Для приборов постоянною и переменного тока с частотой до кГц. не имеющих символа F-30 (гл. 2-6, МЭК-51), влияние внешнего однородного постоянного или переменного магнитного поля с частотой, соответствующей рабочей частоте, и индукцией 0.5 мТл (напряженностью магнитного поля Н = 400 А/м). При индукции магнитного поля, рассчитанного по формуле

В=0,5/f мТл (напряженность H = 400/f Ам , где f - частота, кГц). (11)

Приборы с символом F-30 будут иметь дополнительную погрешность, не превышающую основной, при индукции магнитною ноля, указанной в символе, в миллитесла.

Дополнительная погрешность электростатических приборов, не имеющих символов F-27 и F-34, под влиянием внешнего электростатическою поля с частотой 50 Гц и напряженностью 20 кВ/м при самых неблагоприятных фазе и направлении электрического поля не превысит ±6%. Для приборов, имеющих символ F-27, значение дополнительной погрешности не превысит предела основной погрешности. Для приборов, имеющих символ F-34, дополнительная погрешности не будет превышать основной под влиянием электрического поля с напряженностью, указанной в символе, в киловольтах на метр.

Изменение показаний щитовых приборов, установленных на ферромагнитном или неферромагнитном щите толщиной (2 ± 0.5) мм и не имеющих символов F-37; F-38; F-39; F-40, не будет превышать половины допускаемой основной погрешности. Погрешность приборов, имеющих один из указанных символов, и условиях, определенных описанием символе, не будет выходить та допускаемую основную погрешность.

4. Изменение показаний приборов, вызванное отклонением частоты от номинальной на ±10%. не превысит основной погрешности

Если на приборе указана номинальная область частот, для которой он предназначен. то основная погрешность при любой частоте в пределах той области не может быть больше нормализованного значения. Если на приборе указана расширенная область частот, то изменение показаний, вызванное изменением частоты а указанной области, не будет превышав значения основной погрешности.

5. Целый рад приборов изменяет показания и зависимости от продолжительности работы. Поэтому в стандартах оговариваются время установлении рабочего режима и продолжительность непрерывной работы средств измерении. Время установления рабочего режима выбирается из ряда 0; 1; 5; 30 мин; 1.0; 1.5; 2.0 ч. Для стационарных средств или снабженных термостатирующими устройствами это время может превышать 2 ч. Время установления рабочего режима указывается в эксплуатационной документации

Изменения показаний отдельных видов приборов могут происходить под влиянием других внешних факторов. Допускаемые изменения показаний в этих случаях оговариваются в стандартах на от дельные группы приборов или в технических условиях.

В настоящее время в стандартах принят детерминированный подход к нормированию и оценке погрешностей электроизмерительных приборов. С повышением точности электроизмерительных приборов, с появлением приборов, работающих на новых принципах, с созданием измерительных систем перспективным является вероятностный подход к нормированию и оценке погрешностей. Погрешности средств измерений в общем случае рассматриваются как случайные величины, а поэтому при нормировании погрешностей приборов и их поверье следует применять статистические методы. Указанные методы находят свое отражение в базовых стандартах государственной системы обеспечения единства измерений в СССР.

ГОСТ 8.009 -72 «Государственная система единства измерений. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений» устанавливает номенклатуру нормируемых метрологических характерно (их средств измерений для оценки погрешностей измерений в известных рабочих условиях их эксплуатации. Стандарт определяет метрологические характеристики; способы их нормирования и формы представления; метрологические характеристики, подлежащие нормированию для средств намерений.

5. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ИСПЫТАНИЯМ, ПРОВЕРКЕ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

С целью проверки технического состояния электроизмерительных приборов существуют различные методы их испытаний

Испытания электроизмерительных приборов должны производиться в соответствии с требованиями стандартов на отдельные группы приборов (или технических условий)

Испытания приборов и вспомогательных частей делятся по характеру на следующие:

а)приемо-сдаточные, производимые отделом технического контроля завода-поставщика; испытаниям должен быть подвергнут каждый выпускаемый прибор и каждая вспомогательная часть;

б)периодические, производимые заводом-поставщиком в сроки, установленные техническими условиями, но не реже одного раза и год; эти испытания производятся каждый раз. когда в их конструкцию или технологию вносятся существенные изменения;

в)государственные контрольные испытания. проводимые при выпуске вновь осваиваемых приборов и вспомогательных частей по ГОСТ 8.001 -- #0 ГСИ «Организация и порядок проведения государственных испытаний средств измерений»;

г) на надежности проводимые заводом-постановщиком по соответствующим стандартам и техническим условиям.

При приемо-сдаточных испытаниях приборов и вспомогательных частей проверяются характеристики их на соответствие техническим требованиям: основная погрешность, которая не должна превышать 0,8 предела допускаемой основной погрешности: вариации; невозвращение указателя к нулевой отметке, влияние наклона прибора; прочность изоляции при нормальных условиях и др.

Для периодических испытаний из серийного производства отбирается не менее двух образцов каждое о типа. Эти приборы и вспомогательные части проверяются на общие технические требования, относящиеся к испытуемым приборам и вспомогательным частям, и на соответствие дополнительным требованиям стандартов на отельные группы приборов или техническим условиям.

Основные технические условия на электроизмерительные приборы, кроме рассмотренные ранее, определяют прочность и сопротивление изоляции электрических цепей; успокоение подвижных частей; устойчивость к перегрузкам: устойчивость к механическим и климатическим воздействиям; характеристику отсчетных устройств; требования к надежности; маркировку приборов и вспомогательных частей; комплектность поставки; упаковку, транспортирование и хранение.

Изоляция электроизмерительных приборов. Изоляция между электрическими цепями и корпусом прибора или вспомогательной части выдерживает в течение 1 мин при нормальных условиях действие испытательного напряжения.

Сопротивление изоляции между корпусом и изолированными по постоянному току электрическими цепями должно быть:

в нормальных условиях не менее 20 МОм - для приборов 4-7 групп при рабочем напряжении от 42 до 500 В и 40 МОм - для приборов 4-7 групп при рабочем напряжении от 500 до 1000 В и приборов остальных групп при рабочем напряжении до 1000 В; для всех приборов при рабочем напряжении выше 1000 В добавляется 20 МОм на каждые полные или неполные 1000 В рабочего напряжения;

в рабочих условиях для групп 4-7 при рабочем напряжении от 42 до 500 В не менее 5 МОм -- при верхнем значении температуры и влажности воздуха до 80% и 2 МОм - при температуре окружающего воздуха (20 ± 5) сС и верхнем значении влажности.

Проверка сопротивления изоляции электрических цепей прибора производится при отсутствии напряжения в цепи прибора.

Успокоение подвижной части. Время установления показаний электроизмерительных приборов не превышает 4 с. Это время от момента включения прибора до момента, когда отклонение указателя от установившегося положения не превысит 13% диапазона показаний Установившееся положение должно отстоять от начального приблизительно на 2/3 диапазона показаний Время установления показаний тепловых, термоэлектрических, биметаллических, самопишущих приборов, приборов с длиной стрелки более 150 мм, с конечным значением диапазона измерений меньше 20 мВ. 200 мкА; 10 мОм и более 10 МОм может превышать 4 с. Для этих приборов, а также для приборов с углом шкалы 2400 размах первого колебания может превышать 20% диапазона показаний: для остальных приборов - не будет превышать этого значения.

Подвижные части приборов переменное о тока (кроме вибрационных} не имеют колебаний резонансного характера, вызывающих размыв конца указателя больше, чем на ширину самой узкой из отметок шкалы, при любой частоте в пределах от 0.9 до 1.1 номинальной частоты или в пределах номинальной области частот.

Устойчивость к перегрузкам. При эксплуатации электроизмерительных приборов бывают случаи перегрузок, что может вызвать неблагоприятные изменения технических характеристик. Полому при проектировании учитываются возможные перегрузки. Показывающие приборы и вспомогательные части длительное время (до 2 ч) выдерживают нагрузку током или напряжением, равным 120% номинального.

В целях обеспечения работы приборов после аварийных режимов в электрических сетях или цепях проводятся испытания на кратковременные перегрузки (табл. 2-6).

После воздействия перегрузки отклонение указателя не будет превышать 0.5% диапазона показаний Х1я приборов классов точности 0.5 и более точных. Для остальных приборов значение определяется по формуле

С = 0.01 КL (12)

где К -- класс прибора;

L-- длина диапазона показаний, мм.

Механические и климатические воздействия на электроизмерителные приборы и вспо-могательные части. Средства измерений могут быть тепло-. холодо-. влаго-, вибро- и удароустойчивыми (т. с. сохранять свои характеристики во время пребывания в соответствующих рабочих условиях); тепло-, холодо-, влаго-. вибро-, тряско- и ударопрочными (т. е. сохранить свои характеристики после пребывания в предельных условны и последующего пребывания в нормальных или рабочих условиях).

Для щитовых приборов, изготовляемых в корпусах по ГОСТ 5944 - 74, допускается устанавливать более жесткие требования по вибро- и ударопрочности, вибро- и ударо- устойчивости, а именно: по вибрации диапазон частот находится в пределах 10-70 Гц, а значения виброускорений выбираются из ряда: 5; 10: 15; 20; 30; 40 м/с2; по ударам -- частота ударов - от 10 до 50 ударов в минуту; длительность импульсов от 6 до 20 мс. общее число - 2000 ударов; максимальное ускорение выбирается из ряда: 15; 50; 70 м/с2.

Для приборов и вспомогательных частей допускается устанавливать требования по ветроустойчивости, пыле- и брызгозащищенности.

Переносные приборы 5 и 7 трупп могут быть вибро- и ударопрочными.

Отсчетное устройство. Характеристика отсчетного устройства - диапазона показаний, соответствующий диапазону измерений.

Угол шкалы профильных приборов не превышает 750. Электроизмерительные приборы с механическим противодействующим моментом, имеющие на шкале пулевую отметку, как правило, имеют корректор для установки указателя на нуль. Полный диапазон регулировки корректором не может быть меньше 2% диапазона покаяний. В приборах с двусторонней шкалой (кроме переносных приборов со световым указателем и равномерной шкалой) отношение отклонений указателя корректором в ту или другую сторону от нулевой отметки не должно превышать 2:1.

Электроизмерительные приборы, подвижная часть которых закреплена на подвесе. имеют арретир, предохраняющий подвое и подвижную часть от повреждений при транспортировании.

Надежностъ. Основным показателем надежности является наработка на отказ. Значение наработки на отказ выбирается из ряда: 500; 600; 700: 800; 900; 1000 и далее через 250 ч.

Требования безопасности. Все внешние части приборов, находящиеся пол напряжением, превышающим 42 В по отношению к корпусу, защищены от случайных прикосновений. Внешние части приборов, работающих напряжением от 1000 до 30 000 В. обозначаются предупредительным знаком . Приборы, для безопасной работы с которыми необходимы особые меры предосторожности, указанные в эксплуатационной документации, на передней панели иди около частей, представляющих опасность, имеют знак .

Маркировка приборов и вспомогательных частей. Каждый прибор имеет следующие обозначения (на лицевой стороне, на корпусе и у зажимов): обозначение единицы измеряемой величины (для приборов с именованной шкалой) иди наименование приора; обозначение класса прибора; знак Государственного реестра и государственный Знак качества; условное обозначение рода тока и числа фаз; условное обозначение системы прибора и вспомогательной части. С которой градуировался прибор; обозначения символов (МЭК-51); степени защищенности от влияния магнитных и электрических полей; условное обозначение рабочего положения прибора, если это положение имеет значение (символы Д1 - Д7); условное обозначение испытательного напряжения изоляции измерительной цепи по отношению к корпусу (символы С1 - СЗ); товарный знак завода-поставщика; условное обозначение типа прибора; год выпуска и заводской номер.

Кроме перечисленных, приборы и вспомогательные части имеют следующие обозначения: указываются номинальная частота, если она отличается от 50 Гц, или номинальная область частот (расширенная область частот); номинальный ток, напряжение и коэффициент мощности (в соответствии с требованиями стандартов на отдельные группы приборов); ток или напряжение, соответствующие конечному значению шкалы; для приборов» измеряющих другие величины, сопротивление соединительных проводов (если оно отличается от 0.035 Ом); номинальные значения тока и падения напряжения шунтов, сопротивление и номинальные токи добавочных сопротивлений. коэффициенты трансформации измерительных трансформаторов; схема подключения приборов или вспомогательной части.

Для переносных приборов классов точности 0.05-0.5 укатывается: значение активного сопротивления и индуктивности -- для амперметров переменного тока, паление напряжения - на амперметрах постоянною тока; ток полного отклонения вольтметра.

Допускается в соответствии с техническими условиями ряд обозначений указывать в эксплуатационном документации В этом случае на приборе должен быть, символ F-33 (МЭК-51). Если один из размеров фланца щитового прибора менее 30 мм то на шкале или видимой при эксплуатации части прибора допускается нанесение только обозначения единицы измеряемой величины. Для щитовых приборов с размером фланца менее 60 мм при применении символа F-33 допускается все обозначения (или часть их), кроме единицы измеряемой величины, не наносить на прибор, а указывать в эксплуатационной документации.

Комплектностъ поставки. Объем поставки устанавливается стандартами и техническими условиями на отдельные типы приборов-

Упаковка транспортирование и хранение. Упаковка приборов и вспомогательных частей, маркировка упаковочной тары с документацией на приборы осуществляется в соответствии с ГОСТ 9181-74.

Транспортирование приборов осуществляется в упаковке в закрытом транспорте любого вида. При транспортировании самолетом приборы должны помешаться в герметичном отсеке

В помещениях для хранении приборов в упаковке относительная влажность воздуха должна быть не более 80% и температура от 0 до 40 0С.

Приборы без упаковки следует хранить при температуре окружающею воздуха от 10 до 35 0С и относительной влажности до 80%. В помещениях для хранения не должно быть пыли, паров кислот и щелочей, агрессивных газов и других вредных примесей, вызывающих коррозию.

6. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Измерительный прибор - средство измерений, дающее возможность непосредственно отсчитывать значения измеряемой величины. В аналоговых измерительных приборах отсчитывание производится по шкале, в цифровых - по цифровому отсчётному устройству. Показывающие измерительные приборы предназначены только для визуального отсчитывания показаний, регистрирующие измерительные приборы снабжены устройством для их фиксации, чаще всего на бумаге. Регистрирующие измерительные приборы подразделяются на самопишущие, позволяющие получать запись показаний в виде диаграммы, и печатающие, обеспечивающие печатание показаний в цифровой форме. В измерительных приборах прямого действия (например, манометре, амперметре) осуществляется одно или несколько преобразований измеряемой величины, и значение её находится без сравнения с известной одноимённой величиной. В измерительных приборах сравнения непосредственно сравнивается измеряемая величина с одноимённой величиной, воспроизводимой мерой (примеры -- равноплечные весы, электроизмерительный потенциометр, компаратор для линейных мер). К разновидностям измерительных приборов относятся интегрирующие измерительные приборы, в которых подводимая величина подвергается интегрированию по времени или по другой независимой переменной (электрические счётчики, газовые счётчики), и суммирующие измерительные приборы, дающие значение двух или нескольких величин, подводимых по различным каналам (ваттметр, суммирующий мощности нескольких электрических генераторов).

В целях автоматизации управления технологическими процессами измерительные приборы часто снабжаются дополнительными регулирующими, счётно-решающими и управляющими устройствами, действующими по задаваемым программам.

Чувствительность измерительного прибора - отношение перемещения указателя прибора относительно шкалы (выраженного в линейных или угловых единицах) к изменению значения измеряемой величины, вызвавшей это перемещение.

Шкала (от лат. scala -- лестница) измерительного прибора, часть отсчётного устройства прибора, представляющая собой совокупность отметок (точек, штрихов, расположенных в определённой последовательности) и проставленных у некоторых из них чисел отсчёта или других символов, соответствующих ряду последовательных значений измеряемой величины. Параметры шкалы -- её пределы, цена деления (разность значений величины, соответствующих двум соседним отметкам) и др. -- определяются пределами измерения, реализуемыми измерительным механизмом прибора, чувствительностью прибора и требуемой точностью отсчёта. В зависимости от конструкции отсчётного устройства деления шкалы могут располагаться по окружности, дуге или прямой линии, а сама шкала может быть равномерной, квадратичной, логарифмической и т.д. Основные деления шкалы, соответствующие цифровым обозначениям, наносятся более длинными (или толстыми) линиями. Показания отсчитываются невооружённым глазом при расстояниях между делениями до 0,7 мм, при меньших -- при помощи лупы или микроскопа. Для долевой оценки делений шкалы применяют дополнительные шкалы -- нониусы.

Нониус - вспомогательная шкала, при помощи которой отсчитывают доли делений основной шкалы измерительного прибора. Прототип современного нониуса предложен французским математиком П. Вернье, поэтому нониус часто называют верньером. Нониус получил название по имени португальца П. Нуниша (P. Nunes, латинизированное имя Nonius), предложившего для отсчёта долей делений шкалы другой сходный прибор, ныне, однако, не применяемый. Различают линейный, угломерный, спиральный, трансверсальный и др. виды нониусов. Применение линейного нониуса основано на разнице интервалов деления основной шкалы и нониуса. Длина нониуса (целое число его делений) точно укладывается в определённом целом числе делений основной шкалы. При совпадении нулевой отметки нониуса с какой-либо отметкой L основной шкалы результат измерения А соответствует величине, определяемой отметкой L; при несовпадении нулевой отметки нониуса с L значение

А = L + ki,

где k -- число делений нониуса от нулевого до совпадающего со штрихом основной шкалы; i -- наименьшая доля деления основной шкалы, которую можно оценить нониусом (обычно i = 0,1; 0,05 или 0,02 мм). Принцип отсчёта по угломерному нониусу, применяемому в ряде оптико-механических приборов, такой же, как и по линейному нониусу.

Отсчётное устройство измерительного прибора (аналогового или цифрового) - часть прибора, предназначенная для отсчитывания его показаний. Отсчётное устройство аналогового прибора обычно состоит из шкалы и указателя, причём подвижным может быть либо указатель, либо шкала. По типу указателя отсчётные устройства подразделяются на стрелочные и световые. В стрелочных отсчётных устройствах стрелка своим концом перемещается относительно отметок шкалы. Конец стрелки может быть копьевидным или выполненным в виде ножа или натянутой нити. В последних двух случаях шкалы снабжаются зеркалом для устранения погрешности отсчёта, вызванной параллаксом. В световых отсчётных устройствах роль стрелки выполняет световой луч, отражённый от зеркальца, скрепленного с подвижной частью прибора. От положения последней зависит положение светового изображения на шкале, по которому отсчитывают показания. Световое отсчётное устройство позволяет устранить погрешность от параллакса и повысить чувствительность прибора за счёт увеличения длины указателя и удвоения угла его поворота.

Отсчётное устройство цифрового прибора позволяет получить показание непосредственно в цифровой форме. Для создания изображений цифр применяются цифровые индикаторы различной конструкции. Механические индикаторы представляют собой несколько роликов или дисков с цифрами по окружности и ряд окошечек, в которых появляются цифры отдельных роликов (дисков). Такими отсчётными устройствами снабжены, например, счётчики электроэнергии. Электромеханические индикаторы содержат подвижные части с изображениями цифр, перемещаемые электромеханическими приводными устройствами. В электрических индикаторах применяются лампы накаливания, люминесцентные или газоразрядные элементы и электроннолучевые трубки, образующие изображения цифр.

Точность измерения - характеристика измерения, отражающая степень близости его результатов к истинному значению измеряемой величины. Чем меньше результат измерения отклоняется от истинного значения величины, то есть чем меньше его погрешность, тем выше точность измерения, независимо от того, является ли погрешность систематической, случайной или содержит ту и другую составляющие. Иногда в качестве количественной оценки точности измерения указывают погрешность, однако погрешность является понятием, противоположным точности, и логичнее в качестве оценки точности измерения указывать обратную величину относительной погрешности (без учёта её знака); например, если относительная погрешность равна ±10--5, то точность равна 105.

Точность меры и измерительного прибора - степень близости значений меры или показаний измерительного прибора к истинному значению величины, воспроизводимой мерой или измеряемой при помощи прибора. Точные меры или измерительные приборы имеют малые погрешности, как систематические, так и случайные.

Классы точности средств измерений - обобщённая характеристика средств измерений, служащая показателем установленных для них государственными стандартами пределов основных и дополнительных погрешностей и др. параметров, влияющих на точность. Введение классов точности облегчает стандартизацию средств измерений и их подбор для измерений с требуемой точностью.

Из-за разнообразия измеряемых величин и средств измерений нельзя ввести единый способ выражения пределов допускаемых погрешностей и единые обозначения классов точности. Если пределы погрешностей выражены в виде приведенной погрешности (т. е. в процентах от верхнего предела измерений, диапазона измерений или длины шкалы прибора), а также в виде относительной погрешности (т. е. в процентах от действительного значения величины), то классы точности обозначают числом, соответствующим значению погрешности. Например: Классу точности 0,1 соответствует погрешность 0,1%. Многие показывающие приборы (амперметры, вольтметры, манометры и др.) формируются по приведённой погрешности, выраженной в процентах от верхнего предела измерений. В этих случаях применяется ряд классов точности: 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0.

7. ВИДЫ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ

амперметр ваттметр осциллограф точность чувствительность

Электродинамический прибор - измерительный прибор, принцип действия которого основан на механическом взаимодействии двух проводников при протекании по ним электрического тока. Электродинамический прибор состоит из измерительного преобразователя, преобразующего измеряемую величину в переменный или постоянный ток, и измерительного механизма электродинамической системы. Наиболее распространены электродинамические приборы с подвижной катушкой, внутри которой на оси со стрелкой расположена подвижная катушка. Вращающий момент на оси возникает в результате взаимодействия токов в обмотках катушек и пропорционален произведению действующих значений этих токов. Уравновешивающий момент создаёт пружина, с которой связана ось. При равенстве моментов стрелка останавливается. Электродинамические приборы - наиболее точные электроизмерительные приборы, применяемые для определения действующих значений тока и напряжения в цепях переменного и постоянного тока. При последовательном соединении обмоток катушек угол поворота стрелки пропорционален квадрату измеряемой величины. Такое включение обмоток применяется в электродинамических приборах для измерения напряжения и силы тока (вольтметры и амперметры). Электродинамические измерительные механизмы используют также для измерения мощности (ваттметры). При этом через неподвижную катушку пропускают ток, пропорциональный току, а через подвижную -- ток, пропорциональный напряжению в измеряемой цепи. Показания прибора пропорциональны активному или реактивному значению электрической мощности. В случае исполнения электродинамических механизмов в виде логометров их применяют как частотомеры, фазометры и фарадометры. Электродинамические приборы изготовляют главным образом переносными приборами высокой точности - классов 0,1; 0,2; 0,5. Разновидность электродинамических приборов - ферродинамический прибор, в котором для усиления магнитного поля неподвижной катушки применяют магнитопровод из ферромагнитного материала. Такие приборы предназначаются для работы в условиях вибрации, тряски и ударов. Класс точности ферродинамических приборов 1,5 и 2,5.

Электростатический прибор - измерительный прибор, принцип действия которого основан на механическом взаимодействии электродов, несущих разноимённые электрические заряды. В электростатическом приборе, измеряемая величина преобразуется в напряжение переменного или постоянного тока, определяемое электростатическим измерительным механизмом. Измеряемое напряжение подводится к подвижному электроду, укрепленному на оси, связанной со стрелкой, и к изолированному от него неподвижному электроду. В результате взаимодействия зарядов, возникающих на электродах, на оси появляется вращающий момент, пропорциональный квадрату приложенного напряжения. Действующая на ось пружина создаёт момент, противодействующий вращающему моменту и пропорциональный углу поворота оси подвижного электрода. При взаимодействии вращающего и противодействующего моментов стрелка измерительного механизма поворачивается на угол, пропорциональный квадрату поданного на электроды напряжения. Шкала, градуируемая в единицах измеряемых величин, получается неравномерной, выполняется часто со световым указателем. Электростатический прибор, используют обычно для измерения напряжений переменного или постоянного тока, в том числе высокочастотных. Для этих приборов характерно малое потребление энергии и независимость показаний от частоты. Они подвержены влиянию внешних электростатических полей, которое ослабляется внутренним экранированием прибора. Электростатический прибор, выпускаются наивысшего класса точности 0,005.

Термоэлектрический прибор - измерительный прибор для измерения силы переменного тока, реже электрического напряжения, мощности. Представляет собой сочетание магнитоэлектрического измерителя с одним или несколькими термопреобразователями. Термопреобразователь состоит из термопары (или нескольких термопар) и нагревателя, по которому протекает измеряемый ток. Под действием тепла, выделяемого нагревателем, между свободными концами термопары возникает термоэдс, измеряемая магнитоэлектрическим измерителем. Для расширения пределов измерения термопреобразователей используют высокочастотные измерительные трансформаторы тока.

Термоэлектрические приборы обеспечивают сравнительно большую точность измерений в широком диапазоне частот и независимость показаний от формы кривой тока, протекающего через нагреватель. Их основные недостатки - зависимость показаний от температуры окружающей среды, значительное собственное потребление мощности, недопустимость больших перегрузок (не более чем в 1,5 раза). Применяются преимущественно для измерения действующего значения силы переменного тока (от единиц мкА до нескольких десятков А) в диапазоне частот от нескольких десятков Гц до нескольких сотен МГц с погрешностью 1--5%.

Электромагнитный прибор - измерительный прибор, принцип действия которого основан на взаимодействии магнитного поля, пропорционального измеряемой величине, с сердечником, выполненным из ферромагнитного материала. Основные элементы электромагнитного прибора: измерительная схема, преобразующая измеряемую величину в постоянный или переменный ток, и измерительный механизм электромагнитной системы. Электрический ток в катушке электромагнитной системы создаёт электромагнитное поле, втягивающее сердечник в катушку, что приводит к возникновению на оси вращающего момента, пропорционального квадрату силы тока, протекающего по катушке. В результате действия на ось пружины создаётся момент, противодействующий вращающему моменту и пропорциональный углу поворота оси. При взаимодействии моментов ось и связанная с ней стрелка поворачиваются на угол, пропорциональный квадрату измеряемой величины. При равенстве моментов стрелка останавливается.

Выпускаются электромагнитные амперметры и вольтметры для измерений главным образом в цепях переменного тока частотой 50 Гц. В электромагнитном амперметре катушка измерительного механизма включается последовательно в цепь измеряемого тока, в вольтметре параллельно. Электромагнитные измерительные механизмы применяют также в логометрах. Наиболее распространены щитовые приборы классов точности 1,5 и 2,5, хотя существуют приборы классов 0,5 и даже 0,1 с рабочей частотой до 800 Гц.

Магнитоэлектрический прибор - измерительный прибор непосредственной оценки для измерения силы электрического тока, напряжения или количества электричества в цепях постоянного тока. Подвижная часть измерительного механизма магнитоэлектрического прибора перемещается вследствие взаимодействия магнитного поля постоянного магнита и проводника с током. Наиболее распространены магнитоэлектрические приборы с подвижной рамкой, расположенной в поле постоянного магнита. При протекании по виткам рамки тока возникают силы, образующие вращающий момент. Ток к рамке подводится через пружинки или растяжки, создающие противодействующий вращающий механический момент. Под действием обоих моментов рамка перемещается на угол, пропорциональный силе тока в рамке. Непосредственно через обмотку рамки можно пропускать только небольшие токи силой от нескольких мкА до десятков мА, чтобы не перегреть обмотки и растяжки. Для расширения пределов измерений по току и по напряжению к рамке подключают шунтирующие и добавочные сопротивления, подключаемые извне или встроенные. Существуют магнитоэлектрические приборы, у которых постоянный магнит помещен внутри подвижной катушки, а также магнитоэлектрические приборы с подвижным магнитом, укрепленным на оси внутри неподвижной катушки. Применяются также магнитоэлектрические логометры. Магнитоэлектрические приборы с подвижным магнитом более просты, имеют меньшие габариты и массу, но меньшую точность и чувствительность, чем приборы с подвижной рамкой. Для отсчёта показаний используют стрелочный или световой указатель: луч света от осветителя направляется на зеркальце, укрепленное на подвижной части прибора, отражается от него и образует на шкале магнитоэлектрического прибора световое пятно с тёмной чертой в центре.

Отличительные особенности магнитоэлектрического прибора - равномерная шкала, хорошее успокоение, высокие точность и чувствительность, малое потребление мощности; они чувствительны к перегрузкам, к механическим сотрясениям и ударам и мало чувствительны к влияниям внешних магнитных полей и окружающей температуры.

Электроизмерительный комбинированный прибор - измерительный прибор, в котором для измерения (неодновременного) двух и более величин используется один измерительный механизм либо несколько различных измерительных преобразователей с общим отсчётным устройством. Шкалу или отсчётное устройство электроизмерительного комбинированного прибора градуируют в единицах тех величин, которые он измеряет. Наиболее широко используют приборы для измерения электрического напряжения, силы переменного и постоянного тока - ампервольтметры; напряжения, силы переменного и постоянного тока и сопротивления - ампервольтомметры (авометры); индуктивности, напряжения постоянного тока, количества импульсов - универсальные цифровые электроизмерительные комбинированные приборы.

8. АМПЕРМЕТР

Рисунок 1- Амперметр

Амперметр - прибор для измерений силы постоянного и переменного тока в амперах (А). Шкалу Амперметра градуируют в килоамперах, миллиамперах или микроамперах в соответствии с пределами измерения прибора. В электрическую цепь амперметр включается последовательно; для увеличения предела измерений - с шунтом или через трансформатор. Под действием тока подвижная часть прибора поворачивается; угол поворота связанной с ней стрелки пропорционален силе тока. Существуют амперметры, в которых применены магнитоэлектрическая, электромагнитная, электродинамическая (ферромагнитная), термоэлектрическая и выпрямительная системы.

Основные характеристики амперметров, выпускаемых (1967) промышленностью СССР, приведены в таблице.

Таблица 2 - Основные характеристики амперметров

Системы	Показывающие	Самопишущие
	Магнитоэлектрическая	Электромагнитная	Электродинамическая	Термоэлектрическая	Магнитоэлектрическая, электродинамическая или выпрямительная с регистрирующими устройствами
Характеристики
Измеряемый ток	Гл. обр. пост. (с добавочными устройствами -- перем. ток ВЧ и неэлектрич. величины)	Пост. и перем. (45 Гц-- 8 кГц)	Пост. и перем. (50 1500 МГц)	Перем. (50 30 МГц)	Пост. и перем., (45 Гц-- 10 кГц)
Классы точности (относит. погрешность в %)	0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0	0,5; 1,0; 1,5; 2,5	0,1; 0,2; 0,5; 2,5	1,5; 2,5; 5,0	1,5; 2,5
Пределы измерений:
непосредственно	0-75 А	0-300 А	0-50 А	--	0-30 А
c добавочным устройством (шунт, трансформатор и др.) до	6 кА(отдельные типы до 70 кА)	30 кА	6 кА	50 А	150 кА
Потребляемая мощность (вт, при измерениях 10 А)	0,2-0,4	2,0-8,0	3,5-10,0	1,0	--

В зависимости от области применения в конструкциях амперметра предусматривается защита от внешних влияний - они устойчивы относительно изменений температуры (от 60°С до - 60°С), вибраций, тряски и могут работать при 80 - 98% относительной влажности.

9. ВАТТМЕТР

Рисунок 2- Ваттметр

Ваттметр - прибор для измерения мощности электрического тока в ваттах. Наиболее распространены электродинамические ваттметры, механизм которых состоит из неподвижной катушки, включенной последовательно с нагрузкой (цепь тока), и подвижной катушки, включенной через большое добавочное сопротивление R параллельно нагрузке (цепь напряжения). Работа ваттметра основана на взаимодействии магнитных полей подвижной и неподвижной катушек при прохождении по ним электрического тока. При этом вращающий момент, вызывающий отклонение подвижной части прибора и соединённой с ней стрелки (указателя), при постоянном токе пропорционален произведению силы тока на напряжение, а при переменном токе -- также косинусу угла сдвига фаз между током и напряжением. Применяются также ферродинамические ваттметры, реже индукционные, термоэлектрические и электростатические.