Měřící zařízení – měřící přístroj určený ke generování určitého typu měřicího informačního signálu ve formě dostupné pro přímé vnímání operátorem.
Měřicí přístroje jsou charakterizovány následujícími ukazateli:
1. rozsah měření – rozsah hodnot měřené veličiny, pro který se normalizují dovolené chyby měřicího zařízení (měřidla).
2. mez měření — největší nebo nejmenší hodnota rozsahu měření.
3. rozsah čtení — vyznačená oblast stupnice, omezená její počáteční a konečnou hodnotou, tzn. označený na něm nejmenším Xmin a největší Хtak možné hodnoty měřené veličiny (může být širší než rozsah měření).
4. rozsah provozních frekvencí (frekvenční rozsah) – frekvenční pásmo, ve kterém chyba přístroje získaná změnou frekvence signálu nepřekračuje povolenou mez.
5. kalibrační charakteristika — závislost, která určuje vztah mezi signály na výstupu a vstupu měřicího přístroje ve statickém režimu.
6. citlivost na měřený parametr – poměr změny signálu na výstupu měřicího zařízení ke změně naměřené hodnoty, která jej způsobila:
kde х – měřímehodnota; Δх — změna naměřené hodnoty; Δу — změna výstupního signálu.
7. rozlišení (absolutní) – minimální rozdíl mezi dvěma hodnotami měřených homogenních veličin, které lze rozlišit pomocí přístroje.
8. výkon (rychlost měření) — maximální počet měření za jednotku času provedených s normalizovanou chybou.
9. vstupní impedance (úplný) ZBX — odpor měřicího zařízení od vstupních svorek.
V elektrotechnice je informačním signálem měření elektrický signál, který funkčně souvisí s měřenou fyzikální veličinou.
Do cíle zařízení se dělí na pracovní a vzorové.
Pracovní zařízení jsou určeny pouze pro měření ve všech oblastech ekonomické činnosti.
Příkladná zařízení se používají pro kontrolu a kalibraci pracovních nástrojů. Chyba měření standardních přístrojů zapnuta 1-2 řádově méně ve srovnání s pracovními zařízeními.
Cena zařízení přímo souvisí s chybou měření: pokud má zařízení chybu 10krát méně, pak takové zařízení stojí 10krát více. Pro hromadná měření není ekonomicky výhodné používat standardní přístroje, proto se v laboratořích vzdělávacích institucí a ve výrobě používají především pracovní přístroje.
Měřicí přístroje jsou klasifikovány podle řady kritérií:
1. podle indikačního formuláře měřená veličina děleno zobrazování a nahrávání, mezi nimiž je samopsaní a tisk.
Indikační měřicí přístroj – zařízení určené pouze ke čtení odečtů, například voltmetr, ampérmetr.
Záznamový měřicí přístroj – záznamové zařízení, do kterého lze zaznamenávat odečty ve formě diagramu.
Tiskařský měřicí přístroj — záznamové měřicí zařízení, které umožňuje tisk hodnot v digitální formě.
2. podle provozního principu Všechny měřicí přístroje jsou rozděleny do dvou skupin:
elektromechanická zařízení, používá se ve stejnosměrných obvodech a při nízkých frekvencích;
elektronická zařízení, používá se ve stejnosměrných obvodech a v celém frekvenčním rozsahu.
3. podle způsobu vydání výsledku měřící přístroje se dělí na analogový и digitální.
Аdaňový měřicí přístroj (s úchylkoměrem, samočinný záznam) – měřicí přístroj, jehož odečty jsou spojitá funkce změny měřené hodnoty.
Analogová zařízení jsou rozdělena do čtyř hlavních skupin:
do první skupiny patří přístroje pro měření parametrů a charakteristik signály (například osciloskopy, měřiče frekvence atd.);
druhou skupinu tvoří přístroje pro měření parametrů a charakteristik aktivní a pasivní elektrické prvky schémata. Jedná se o měřiče odporu, kapacity, indukčnosti a také přístroje pro měření frekvence a přechodových charakteristik obvodů;
do třetí skupiny patří měřicí generátory, jsou zdrojem signálů různých amplitud, tvary a frekvence.
Čtvrtá skupina – prvky měřicích obvodů – převodníky, atenuátory, oběhová čerpadla, fázové posuvy atd.
Pro přímé měření definování fyzikální veličinyodečtěte přímo na váze nebo displej zařízení: napětí – voltmetr, frekvence – frekvenční měřič, proud – ampérmetr.
U nepřímých měření je požadováno Fyzické množství se zjistí výpočtem na základě výsledků měření jiných veličin spojených s požadovanou hodnotou určitou funkční závislostí. Například měřením proudu a napětí můžete určit výkon na základě vzorce:
Px=U*I.
Digitální měřící zařízení, odečty, které jsou tvořeny jako výsledek automatického generování diskrétních signálů informací o měření prezentovaných v digitální formě.
CIP mají oproti analogovým zařízením výhody:
pohodlí a objektivita odečítání naměřených hodnot;
vysoká přesnost výsledků měření;
široký dynamický rozsah;
vysoká rychlost a schopnost automatizovat proces měření;
4. metodou převodu naměřené hodnoty rozlišovat přímá, kompenzační (vyvažovací) zařízení aintegrace měřicích přístrojů.
Přímo působící zařízení zobrazit naměřenou hodnotu na indikátoru v jednotkách této hodnoty. Typ fyzikální veličiny se během procesu měření nemění. Mezi takové přístroje patří ampérmetry a voltmetry.
Srovnávací měřicí přístroje, určeno pro přímé porovnání měřené veličiny s veličinami, jejichž hodnoty jsou známé; například elektrický měřicí potenciometr.
Integrace měřicích přístrojů, ve kterém je studovaná hodnota integrována v čase nebo přes jinou nezávislou proměnnou; (elektroměr).
Škály AIP jsou klasifikovány podle následujících kritérií.
Na základě uniformity Existují jednotné (lineární) a nerovnoměrné stupnice:
• jednotné měřítko – jedná se o stupnici s dílky konstantní délky a s konstantní hodnotou dílku (obr. 1.4.1, ). Elektromechanická zařízení mají tuto stupnici pouze magnetoelektrické sitémata Měření;
nerovnoměrné měřítko – Jedná se o stupnici s dílky proměnné délky a s proměnnými hodnotami dělení (obr. 1.4.1, b).
Rýže. 1.4.1 Váhy analogových přístrojů:
jednotný (a), nerovný b), přímá (c), zpětná (d), jednostranná (d), oboustranná (e), nenulová (F)
Takové měřítko mají elektromechanická zařízení usměrňovacích, elektromagnetických, elektrodynamických, ferodynamických, elektrostatických, termoelektrických systémů.
Na základě směru promoce rozlišovat přímý и ovojenské váhy.
Přímá stupnice odstupňované zleva doprava, tzn. nula na stupnici je umístěna vlevo (obrázek 1.4.1, in). Tato stupnice je v AIP nejběžnější;
Obrácená stupnice odstupňované zprava doleva, tzn. nula na stupnici je umístěna vpravo (obr. 1.4.1, d). Tato stupnice se používá například v analogových multimetrech při odečítání hodnoty odporu rezistorů a kapacity kondenzátoru.
Na základě nulové polohy na stupnici a směru pohybu šipky indikátoru se rozlišují jednostranné (d), oboustranné (e) a nenulové (g) znázorněné na obrázku 1.2.
. jednosměrné měřítko – Jedná se o stupnici, jejíž ručička indikátoru se při měření odchyluje pouze jedním směrem od nuly (obr. 14.1, Obr. e). Tato stupnice je nejběžnější;
oboustranná stupnice – Jedná se o stupnici, ručička indikátoru se při měření odchyluje od nuly jak doleva, tak doprava. Navíc odchylka doleva od nuly dává záporné hodnoty naměřené hodnoty a odchylka doprava kladné hodnoty (obr. 1.2, E). Indikátory analogových měřicích můstků a galvanometrů mají takovou stupnici;
nenulové měřítko – jedná se o stupnici, na které není nulová značka (obr. 1.4.2, g). Elektromechanické frekvenční měřiče a generátory mají takovou stupnici, odstupňovanou podle frekvence, trvání pulsu a časového posunu.
Pro sledování správného provozu elektrických instalací, jejich testování, stanovení parametrů elektrických obvodů, zaúčtování spotřebované elektrické energie atd. se provádějí různá elektrická měření. V komunikační technice, stejně jako v technice vysokého proudu, jsou elektrická měření důležitá. Přístroje, které měří různé elektrické veličiny: proud, napětí, odpor, výkon atd. se nazývají elektrické měřicí přístroje.
Existuje velké množství různých elektrických měřicích přístrojů. Nejčastěji se při výrobě elektrických měření používají: ampérmetry, voltmetry, galvanometry, wattmetry, elektroměry, fázové měřiče, fázové indikátory, synchronoskopy, frekvenční měřiče, ohmmetry, megohmmetry, zemní odpory, měřiče kapacit a indukčnosti, osciloskopy, měřicí můstky, kombinované přístroje a měřicí soupravy.
Klasifikace elektrických měřicích přístrojů podle principu činnosti
Podle principu činnosti jsou elektrické měřicí přístroje rozděleny do následujících hlavních typů:
1. Zařízení magnetoelektrického systému na principu interakce cívky s proudem a vnějším magnetickým polem vytvářeným permanentním magnetem.
2. Zařízení elektrodynamického systému založené na principu elektrodynamické interakce dvou cívek s proudy, z nichž jedna je stacionární a druhá pohyblivá.
3. Zařízení elektromagnetického systému, která využívají principu interakce mezi magnetickým polem stacionární cívky s proudem a pohyblivou železnou deskou magnetizovanou tímto polem.
4. Teploměry využívající tepelného účinku elektrického proudu. Drát ohřátý proudem se prodlužuje, prověšuje a díky tomu se pohyblivá část zařízení může otáčet působením pružiny, která odstraňuje vzniklou vůli drátu.
5. Zařízení indukčního systému na principu interakce rotujícího magnetického pole s proudy indukovanými tímto polem v pohyblivém kovovém válci.
6. Zařízení elektrostatického systému založené na principu interakce mezi pohyblivými a stacionárními kovovými deskami nabitými opačnými elektrickými náboji.
7. Zařízení termoelektrického systému, která jsou kombinací termočlánku s nějakým citlivým zařízením, například magnetoelektrickým systémem. Měřený proud, procházející termočlánkem, přispívá ke vzniku termoproudu, který působí na magnetoelektrické zařízení.
8. Zařízení vibračního systému na principu mechanické rezonance vibrujících těles. Při dané proudové frekvenci kmitá kotva elektromagnetu nejintenzivněji, doba vlastních kmitů se shoduje s periodou vnucených kmitů.
9. Elektronické měřicí přístroje – přístroje, jejichž měřicí obvody obsahují elektronické prvky. Používají se k měření téměř všech elektrických veličin, ale i neelektrických veličin, které byly dříve převedeny na elektrické veličiny.
Podle typu čtecího zařízení se rozlišují analogová a digitální zařízení. U analogových přístrojů měřená veličina nebo jí úměrná přímo ovlivňuje polohu pohyblivé části, na které je čtecí zařízení umístěno. V digitálních přístrojích není žádná pohyblivá část a měřená veličina nebo jí úměrná se převádí na číselný ekvivalent zaznamenaný digitálním indikátorem.
Výchylka pohyblivé části většiny elektrických měřicích mechanismů závisí na hodnotách proudu v jejich cívkách. Ale v případech, kdy mechanismus musí sloužit k měření veličiny, která není přímou funkcí proudu (odpor, indukčnost, kapacita, fázový posun, frekvence atd.), je nutné výsledný krouticí moment učinit závislým na měřené veličině a nezávislý na napájecím napětí.
Pro taková měření se používá mechanismus, jehož výchylka pohyblivé části je určena pouze poměrem proudů v jeho dvou cívkách a nezávisí na jejich hodnotách. Přístroje postavené podle tohoto obecného principu se nazývají poměrové měřiče. Je možné sestrojit poměrový mechanismus libovolného elektrického měřicího systému s charakteristickým rysem – absencí mechanického protipůsobícího momentu vytvářeného kroucenými pružinami nebo vzpěrami.
Symboly na voltmetru:
Níže uvedené obrázky znázorňují symboly elektrických měřicích přístrojů podle principu jejich činnosti.
Označení principu činnosti zařízení
Označení typu proudu
Označení třídy přesnosti, poloha zařízení, pevnost izolace, ovlivňující veličiny
Klasifikace elektrických měřicích přístrojů podle druhu měřitelné veličiny
Elektrické měřicí přístroje jsou také klasifikovány podle typu veličiny, kterou měří, protože přístroje stejného principu činnosti, ale určené k měření různých veličin, se mohou navzájem výrazně lišit svým provedením, nemluvě o měřítku přístroje.
Tabulka 1 uvádí seznam symbolů nejčastěji používaných elektrických měřicích přístrojů.
Tabulka 1. Příklady označení měrných jednotek, jejich násobků a dílčích násobků
| Jméno | Označení | Jméno | Označení |
| Kiloampér | kA | Účiník | cos phi |
| Ampere | A | Faktor jalového výkonu | sinφ |
| Miliampér | mA | Teraom | TΩ |
| mikroamp | μA | Megaom | MΩ |
| Kilovolt | kV | Kiloom | kΩ |
| Volt | V | Ohm | Ω |
| Milivolt | mV | Miliohm | mΩ |
| Megawatt | MW | Micro | μΩ |
| Kilowatt | kW | Milliveber | mWb |
| Watt | W | mikrofarad | mF |
| Megaválka | MVAR | Picofarad | pF |
| Kilovar | kVAR | Henry | H |
| Var | VAR | Millihenry | mH |
| Megahertz | MHz | Microhenry | μH |
| kHz | kHz | Teplotní stupnice stupňů Celsia | o C. |
| Hertz | Hz | ||
| Stupně fázového úhlu | φ o |
Klasifikace elektrických měřicích přístrojů podle stupně přesnosti
Absolutní chyba přístroje je rozdíl mezi odečtem přístroje a skutečnou hodnotou naměřené hodnoty.
Například absolutní chyba ampérmetru je
kde δ (čti „delta“) je absolutní chyba v ampérech, I je údaj zařízení v ampérech, I e je skutečná hodnota měřeného proudu v ampérech.
Pokud I > I e, pak je absolutní chyba zařízení kladná, a pokud I e, je záporná.
Korekce přístroje je hodnota, která musí být přidána k odečtům přístroje, aby se získala skutečná hodnota naměřené hodnoty.
I e = I – δ = I + (-δ)
V důsledku toho je korekce přístroje hodnotou rovna absolutní chybě přístroje, ale s opačným znaménkem. Pokud například ampérmetr ukázal 1 = 5 A a absolutní chyba zařízení je δ = 0,1 A, pak skutečná hodnota naměřené hodnoty je I = 5+ (-0,1) = 4,9 A.
Snížená chyba zařízení je poměr absolutní chyby k největší možné odchylce indikátoru zařízení (nominální čtení zařízení).
Například pro ampérmetr
β = (δ/In) 100 % = ( (I – I e )/In) 100 %
kde β je snížená chyba v procentech, In je jmenovitá hodnota zařízení.
Přesnost zařízení je charakterizována hodnotou jeho maximální redukované chyby. Podle GOST 8.401-80 jsou zařízení podle stupně přesnosti rozdělena do 9 tříd: 0,02, 0,05, 0,1, 0,2, 0,5, 1,0, 1,5, 2,5 a 4,0. Pokud má toto zařízení například třídu přesnosti 1,5, znamená to, že jeho maximální redukovaná chyba je 1,5 %.
Elektrické měřicí přístroje s třídami přesnosti 0,02, 0,05, 0,1 a 0,2 jako nejpřesnější se používají tam, kde je vyžadována velmi vysoká přesnost měření. Pokud má zařízení danou chybu nad 4 %, pak je považováno za mimoškolní.
Zařízení pro měření fázového úhlu s třídou přesnosti 2,5:
Citlivost a konstanta měřicího zařízení
Citlivost zařízení je poměr úhlového nebo lineárního pohybu ukazatele zařízení na jednotku měřené hodnoty. Pokud je měřítko přístroje jednotné, pak je jeho citlivost v celé stupnici stejná.
Například citlivost ampérmetru s jednotnou stupnicí je určena vzorcem
kde S je citlivost ampérmetru v dílcích na ampér, Δ I je přírůstek proudu v ampérech nebo miliampérech, Δα je přírůstek úhlového pohybu indikátoru zařízení ve stupních nebo milimetrech.
Pokud je měřítko zařízení nerovnoměrné, pak je citlivost zařízení v různých oblastech měřítka různá, protože stejný přírůstek (například proud) bude odpovídat různým přírůstkům úhlového nebo lineárního pohybu indikátoru zařízení.
Převrácená hodnota citlivosti zařízení se nazývá konstanta zařízení. V důsledku toho je konstantou zařízení hodnota dílku zařízení, nebo jinými slovy hodnota, kterou je třeba vynásobit údaj na stupnici v dílcích, aby se získala naměřená hodnota.
Pokud je například konstanta zařízení 10 mA/dílek (deset miliampérů na dílek), pak když se jeho ukazatel odchyluje o α = 10 dílků, naměřená hodnota proudu je I = 10 10 = 100 mA.
Schéma zapojení wattmetru a symboly na přístroji (ferodynamický přístroj pro měření výkonu stejnosměrného a střídavého proudu s vodorovnou polohou stupnice, měřicí obvod je izolován od pouzdra a testován při napětí 2 kV, třída přesnosti – 0,5) :
Kalibrace měřicích přístrojů – stanovení chyb nebo korekcí pro sadu hodnot stupnice přístroje vzájemným porovnáním různých kombinací jednotlivých hodnot stupnice. Jedna z hodnot stupnice se bere jako základ pro srovnání. Kalibrace je široce používána v praxi přesných metrologických prací.
Nejjednodušší způsob kalibrace je porovnat každou velikost s nominálně stejnou (přijatou jako docela správnou) velikostí. Tento pojem by se neměl zaměňovat (jak se často dělá) se stupnicí (stupňováním) měřicích přístrojů, což je metrologická operace, při které jsou dílky stupnice měřicího přístroje udávány hodnoty vyjádřené v zavedených měrných jednotkách.
Ztráta napájení v zařízeních
Elektrické měřicí přístroje spotřebovávají během provozu energii, která se obvykle přeměňuje na tepelnou energii. Ztráta výkonu závisí na režimu v obvodu, stejně jako na systému a konstrukci zařízení.
Pokud je měřený výkon relativně malý, a tedy proud nebo napětí v obvodu jsou relativně malé, pak výkon energetických ztrát v samotných zařízeních může výrazně ovlivnit režim zkoumaného obvodu a odečty zařízení mohou mít poměrně velká chyba. Pro přesná měření v obvodech, kde jsou vyvinuté výkony relativně malé, je nutné znát sílu energetických ztrát v zařízeních.
V tabulce Tabulka 2 ukazuje průměrné energetické ztráty energie v různých systémech elektrických měřicích přístrojů.
| Systém zařízení | Voltmetry 100 V, W | Ampérmetry 5A, W |
| Magnetoelektrický | 0,1 – 1,0 | 0,2 – 0,4 |
| Elektromagnetické | 2,0 – 5,0 | 2,0 – 8,0 |
| Indukce | 2,0 – 5,0 | 1,0 – 4,0 |
| Elektrodynamické | 3,0 – 6,0 | 3,5 – 10 |
| Tepelný | 8,0 – 20,0 | 2,0 – 3,0 |
Telegramový kanál pro ty, kteří se chtějí každý den učit nové a zajímavé věci: Škola pro elektrikáře
Pokud se vám tento článek líbil, sdílejte odkaz na něj na sociálních sítích. Velmi to pomůže rozvoji našeho webu!
