ЛабораторнОЕ ЗАНЯТИЕ №7

пРОВЕРКА ВОЛЬТМЕТРА ПО ЭТАЛОННОМУ прибору

Цель занятия: 1. Научиться производить поверку (градуировку) электроизмерительного прибора путём сравнения его показаний с прибором более высокого класса.

2. Построить градуировочную кривую поправок для испытуемого прибора.

Перечень приборов.

1. Проверяемый вольтметр –1шт.

2. Образцовый (эталонный) вольтметр –1шт (мультиметр на измерительном блоке)

3. Реостат 200 Ом -! шт (на измерительном блоке).

4. Соединительные провода.

5. Источник электроэнергии –30В –1 шт. (на измерительном блоке).

Рекомендуемая литература. 1) курс лекций; 2) (1) стр. 318 — 359; 3) (2) стр. 130 –153.

Контрольные вопросы.

1. Какие погрешности существуют у электроизмерительных приборов?

2. Как определяется поправка к показаниям прибора?

3. Что означает класс точности прибора?

4. Что называется приведённой погрешностью прибора?

5. Как определяется соответствие прибора классу точности, обозначенному на его шкале?

Краткие теоретические сведения.

Электромеханические измерительные приборы

Измерение — это определение истинного значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств. Приборы, используемые для измерения электрических величин (тока, напряжения, мощности, сопротивления, емкости и т.д.), называются электроизмерительными приборами.

Правильность полученных результатов определяется тем, на­сколько грамотно используются имеющиеся средства измере­ний.

Выполняемые в процессе изучения курса «Электротехника» лабораторные работы также сопровождаются измерением токов, напряжений, сопротивлений и мощностей. К основным средствам электрических измерений, представленным в лаборатории, отно­сятся:

- приборы постоянного и переменного тока — миллиамперметр, вольтметр, ваттметр;

- цифровой мультиметр;

- электронные приборы — осциллограф, генераторы, милливоль­тметр.

Амперметр. Это прибор, изме­ряющий силу тока и поэтому включаемый в электрическую цепь (ЭЦ) последовательно с нагрузкой (рис.1, а).

Для исключения влияния прибора на режим работы цепи (силу тока) его внутреннее сопротивление должно быть ничтожно мало.

Поэтому включение амперметра в цепь параллельно нагрузке вы­зовет протекание по нему значительного тока и выведет его из строя. I

Вольтметр. Это прибор, измеря­ющий напряжение (разность потенциалов), и поэтому включае­мый в ЭЦ параллельно с нагрузкой (рис.1, б). Для исключения влияния прибора на режим работы цепи его внутреннее сопро­тивление должно быть бесконечно большим, а потребляемый при­бором ток — ничтожно малым. Поэтому разрешается измерять на­пряжение путем касания подключенными к вольтметру щупами соответствующих точек ЭЦ.

Ваттметр. Это прибор, измеряющий, активную мощность Р, потребляемую ЭЦ или отдель­ными ее элементами. При постоянном токе Р =IU, поэтому ват­тметр должен иметь токовую катушку, включаемую в цепь, как и амперметр, т.е. последовательно с нагрузкой, и катушку на­пряжения, включаемую, как и вольтметр, параллельно нагрузке (рис.2, а).

Зажимы ваттметра, обозначенные на схеме звездочкой (*), дол­жны быть соединены вместе.

Омметр. Это прибор, измеря­ющий электрическое сопротивление элементов, участков ЭЦ и ЭЦ в целом в обесточенном состоянии (при отключенных ис­точниках питания ЭЦ) (рис.2, б). В основу действия прибора положено измерение тока Ι в исследуемом резисторе R_x, созда­ваемого эталонным источником ЭДС Е, находящимся внутри прибора.

Так как I= E/(R + R_x), то шкала прибора проградуирована в омах таким образом, что наибольшему отклонению стрелки со­ответствует наименьшее значение сопротивления исследуемого резистора R_x. Перед началом измерений сопротивления произво­дят установку нуля прибора. Для этого при закороченных с по­мощью щупов зажимах прибора ручкой «Установка нуля» совме­щают положение стрелки с отметкой «0» на шкале. У цифрового омметра ручка «Установка нуля» отсутствует. Включение омметрав цепь с источником питания недопустимо, так как измери­тельный механизм прибора представляет собой

микроамперметр и даже при незначительной величине внешнего тока может вый­ти из строя.

Основные показатели электроизмерительных приборов. Такими показателями являются:

номинальная величина А_ном — наибольшая величина, которая мо­жет быть измерена прибором. Например, номинальная величина ваттметра Р_ном = U_ном /I_ном. Для многопредельных приборов номинальная величина определяется положением переключателя диа­пазонов на приборе;

постоянная прибора (цена деления) С— значение измеряемой величины, вызывающее отклонение показывающего устройства на одно деление шкалы. Например, постоянная вольтметра С=U_ном/n, где п — число делений шкалы;

погрешность измерения.Различают абсолютную, относитель­ную и приведенную погрешности. Абсолютная погрешность — это разность между измеряемым А_ии действительным А_дзначе­ниями контролируемой величины:

ΔА = А_и — А_д.

относительная погрешность — это отношение абсолютной по­грешности к действительному значению контролируемой величи­ны, выраженное в процентах:

γ=(ΔA/A_д)100%

приведенная погрешность — это отношение абсолютной по­грешности к номинальной величине прибора:

γ_пр=(ΔA/A_ном)100%

Приведенная погрешность в процентах определяет класс точ­ности прибора. Например,

γ_пр = ±1 % соответствует первому клас­су точности. По степени точности электромеханические измери­тельные приборы делятся на девять классов: 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0. Класс точности прибора указывается на его шкале.

Точность измерения оценивается относительной погрешно­стью.

Так как ΔА = γ_пр А _ном = γA_д , то γ = γ_пр А_ном /А_д

Отсюда следует, что относительная погрешность тем мень­ше, чем ближе действительное значение измеряемой величины А к номинальной величине А_ном . Поэтому для повышения точ­ности измерений рекомендуется пользоваться второй полови­ной шкалы.

Пример. С помощью многопредельного миллиамперметра первого класса точности измерен ток 400 мА при двух пределах: А_ном = 500 мА и А_ном = 2000 мА. Определить относительную погрешность измерения в обоих случаях.

При первом пределе γ = ±1 • 500/400 = ±1,25%; при втором γ = ±1 • 2000/400= ±5,0%.

Таким образом, во втором случае точность измерения в 4 раза ниже, чем в первом.

Классификация электроизмерительных приборов.Значительная часть электроизмерительных приборов принадлежит к электро­механической группе. Общим для них является то, что электро­магнитная энергия, подводимая к прибору от измеряемой цепи, преобразуется в механическую энергию перемещения подвиж­ной части.

По способу преобразования энергии, т.е. по способу создания вра­щающего момента, измерительные механизмы приборов делятся на ряд систем, основные из которых приведены на рис.3.

Магнитоэлектрическая

Электромагнитная

Электродинамическая

Индукционная

По роду тока подразделяют приборы: постоянного тока (-); переменного тока (~); постоянного и переменного тока (); трех­фазного тока (3 ~).

В отдельных случаях в состав электроизмерительного прибо­ра входят преобразователи:

полупроводниковый выпрямитель, электронный усилитель и т.д. Свойства приборов при этом мо­гут существенно изменяться. В зависимости от типа преобразо­вателя прибор называют выпрямительным, электронным и т.д.

На шкале прибора наносится ряд обозначений, основные из которых приведены на

рис.4.

Со временем во всех электроизмерительных приборах в процессе их работы изнашиваются керны осей, подпятники и другие детали. Поэтому правильность их показаний постепенно, а иногда внезапно нарушается. Поэтому приборы периодически должны проверяться путём сравнения их показаний с показаниями образцовых приборов.

Амперметры, вольтметры и ваттметры классов 0,2; 0,5 подлежат поверке один раз в год.

Амперметры, вольтметры и ваттметры классов 1; 1,5; 2,5 подлежат поверке раз в два года. Образцовые приборы должны иметь более высокий класс точности, чем проверяемые приборы.

Поверка вольтметра состоит в определении погрешностей эксплуатируемого или вышедшего из ремонта прибора. Причём абсолютная погрешность ΔUопределяется как разность между показаниями испытуемого U_пи эталонного U_этприборов: ΔU=U_п -U_эт.

Величина противоположная по знаку абсолютной погрешности называется поправкой, обозначаемой буквой δA= -ΔA, т.е. для вольтметра δU= - ΔU.

По полученным результатам поверки строится кривая поправок (градуировочная кривая) (рис. 5). По оси абсцисс откладывается показания поверяемого прибора, а по оси ординат — соответствующие им поправки (положительные вверху, а отрицательные внизу). Прибавляя или отнимая поправки к показаниям испытуемого прибора, можно получить истинные значения измеряемой величины.