Виды шкал электроизмерительных приборов - ELSTROIKOMPLEKT.RU

Виды шкал электроизмерительных приборов

Характеристики электроизмерительных приборов

Название прибора указано на его шкале в виде стандартного условного обозначения единицы величины, для измерения которой предназначен прибор:

A – амперметр; B – вольтметр;

mA – миллиамперметр; mB – милливольтметр;

µ A – микроамперметр; µB – микровольтметр .

Название многопредельных электроизмерительных приборов, предназначенных для измерения одной величины в одних и тех же единицах, обозначаются на шкалах в виде целого слова, например «Амперметр», «Вольтметр» и т.д. Название многопредельных измерительных приборов, предназначенных для измерения разных величин, указывается возле клемм или переключателя пределов.

Род тока. Приборы бывают постоянного тока ( – ), переменного тока (

), постоянного и переменного тока ( ) .

Типы отклоняющих систем стрелочных измерительных приборов.

Магнитоэлектрическая отклоняющая система;

Электромагнитная отклоняющая система;

Количество и числовое значение пределов измерения

У всякого прибора имеется нижний и верхний пределы измерения (Nн. – Nв.). Нижним пределом почти всегда является нуль (Nн. = 0). Верхних пределов бывает один или несколько, поэтому различают однопредельные и многопредельные приборы. Многопредельные приборы имеют три и более клеммы или переключатель пределов. Числовое значение верхнего предела (Nв.) указывается возле клемм или возле переключателя пределов.

Класс точности. Это характеристика прибора, определяемая погрешностью прибора. Существует восемь классов точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4. Класс точности указывается на шкале, например 0,5 или 1,5 . Зная класс точности, можно определить абсолютную и относительную погрешности, допускаемые прибором.

Абсолютная погрешность вычисляется по формуле:

ΔN = ± , (1)

где ΔN – абсолютная погрешность прибора, К% — класс точности прибора, Nв. – верхний предел измерения. Так как у многопредельного прибора несколько верхних пределов, ясно, что абсолютная погрешность вычисляется для каждого предела отдельно.

Относительная погрешностьопределяется по формуле:

ε = ∙100%, (2)

где ΔN – абсолютная погрешность, N – значение измеряемой величины. Из формулы (2) следует, что при N→Nв., т.е. стрелка прибора находится вблизи верхнего предела шкалы, относительная погрешность будет наименьшей.

Цена деления шкалы прибора. Под ценой деления понимают скольким единицам измеряемой величины соответствует наименьшее деление шкалы. Делением называется интервал между соседними штрихами.

ГОУВПО «СМОЛЕНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ РОСЗДРАВА»

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ЗДРАВООХРАНЕНИЮ И СОЦИАЛЬНОМУ РАЗВИТИЮ»

Кафедра медицинской и биологической физики

Тема: Аналоговые измерительные приборы

Лабораторная работа 2а

Электроизмерительные приборы

Цели и задачи

Студент должен изучить основные характеристики приборов: название приборов, род тока, положение приборов при измерениях, класс точности прибора; научиться определять цену деления однопредельного и многопредельного приборов; должен научиться определять электрический сигнал (напряжение) многопредельным вольтметром и ламповым вольтметром.

Освоить:

1. Измерение величины электрического сигнала при помощи однопредельного прибора;

2. Измерение величины электрического сигнала при помощи многопредельного прибора;

3. Измерение напряжения ламповым вольтметром.

Приборы и принадлежности. Набор измерительных головок для измерения токов и напряжений; макет, состоящий из генератора синусоидальных колебаний, лампового многопредельного вольтметра и соединительных проводов.

Краткое теоретическое введение

Внешний вид измерительных головок различных систем рис.1.

Рис.1. Некоторые виды измерительных головок

Рис. 2. Внешний вид шкалы многопредельного (а) и однопредельного (б) приборов

Практическая часть

Задание 1. Определение цены деления и производство отсчётов по однопредельным электроизмерительным приборам.

Однопредельные электроизмерительные приборы имеют только два электрических зажима и их обозначение указано на его шкале в виде стандартного условного обозначения единицы величины, для измерения которой предназначен прибор. Цифры на шкале прибора – единицы измеряемой величины.

1.1. Определить название прибора, измеряемую величину, единицу измерения.

1.2. Определить цену деления прибора для этого:

a. Определить разность любых двух соседних чисел, обозначенных на шкале ( N2 – N1)

b. Сосчитать n – число маленьких делений, расположенных между этими числами.

c. Вычислить цену деления, а по формуле:

a = (1)

1.3. Измерить величину электрического сигнала N по указанию преподавателя. Для этого:

a. К ближайшему именованному штриху на шкале прибора, расположенному слева от стрелки прибора, прибавить число маленьких делений расположенных правее этого именованного штриха до стрелки прибора, умноженное на цену деления.

b. Определить абсолютную ∆N и относительную ε погрешности по формулам.

1.4. Начертить таблицу 1, занести в неё полученные данные.

Все расчёты записать ниже таблицы 1 по форме: формула в буквах, она же в цифрах, окончательный результат с указанием единиц измерений.

Задание 2. Определение цены деления и производство отсчётов по многопредельным электроизмерительным приборам.

Многопредельные электроизмерительные приборы имеют либо несколько электрических зажимов, либо два электрических зажима и переключатель пределов измерений. В первом случае общий зажим для всех пределов обозначен «*», а возле каждого другого зажима указывается верхний предел измерения. Во втором случае — верхний предел измерения выбирается с помощью переключателя пределов.

Название многопредельных приборов, как правило, указывается под шкалой прописью. Цифры на шкале многопредельного прибора выражают не число единиц измеряемой величины, а показания прибора в делениях.

2.1. Определить название прибора, измеряемую величину, количество пределов измерения, единицы измерения.

2.2. Подобрать рабочий предел (Nн. – Nв.) так, чтобы при измерении стрелка прибора находилась на одной трети шкалы от начала отсчёта и далее. При этом относительная ошибка измерения будет минимальной.

2.3. Определить цену деления прибора, апри выбранном рабочем пределе, руководствуясь следующим правилом. Для определения цены делений многопредельного прибора нужно предел измерения Nв. разделить на число, стоящее у конца шкалы Nшк.., так как оно выражает общее число делений на шкале прибора. Понятно, что цены делений при различных пределах измерения будут разными, причём с увеличением предела в несколько раз во столько же раз увеличится и цена делений.

2.4. Определить показание прибора. Для этого число делений, указываемое стрелкой прибора, нужно умножить на цену деления прибора на данном рабочем пределе.

2.5. Определить абсолютную и относительную погрешности прибора.

2.6. Начертить таблицу 2, занести в неё полученные данные.

Все расчёты записать ниже таблицы 2 по форме: формула в буквах, она же в цифрах, окончательный результат с указанием единиц измерений.

Задание 3. Измерение напряжения многошкальным электроизмерительным прибором (ламповым вольтметром).

3.1. Ознакомиться с ламповым вольтметром.

3.2. Измерить напряжение, выдаваемое звуковым генератором на определённой частоте по указанию преподавателя. Для этого проделать следующее:

a. Выбрать рабочий предел, добившись с помощью переключателя пределов того, чтобы стрелка прибора находилась в рабочей области шкалы (не менее 1/3 части шкалы). При этом, если стрелка вольтметра находится в левой части шкалы – выбранный предел – велик и его необходимо уменьшить; если прибор зашкаливает – выбранный предел мал и его необходимо увеличить.

b. Определить рабочую шкалу при данном положении переключателя пределов, исходя из соображений удобства измерения величины напряжения. Если переключатель пределов находится в положениях 1, 10, 100 В или мВ, то рабочую шкалу выбираем ту, в конце которой стоит число 10. Если переключатель пределов находится в положении 3, 30, 300 В или мВ, измерения проводим по той шкале, в конце которой стоит число 30.

c. Определить по рабочей шкале показание вольтметра, считая его однопредельным прибором (это будет показание прибора в делениях).

d. Рассчитать коэффициент пересчёта по формуле:

Кпересчёта= , (2)

где Nв. – верхнее значение рабочего предела,

Nшк. – число, стоящее в конце рабочей шкалы.

e. Определить измеряемую величину, умножив показание прибора в делениях на Кпересчета.

f. Определить абсолютную и относительную погрешности прибора.

g. Записать в отчёт окончательный результат измерения с указанием абсолютной и относительной ошибки полученного результата.

Глава 3. Электрические измерения и приборы

Следует отметить, что по относительным погрешностям оцени­вать точность, например, стрелочных измерительных приборов, весьма неудобно, так как для них абсолютная погрешность вдоль всей шкалы практически постоянная, поэтому с уменьшением зна­чения измеряемой величины растет относительная погрешность (1). Рекомендуется при работе со стрелочными приборами выбирать пределы измерения величины так, чтобы не пользоваться началь­ной частью шкалы прибора, т.е. отсчитывать показания по шкале ближе к ее концу.

Точности измерительных приборов оценивают по приведенным погрешностям, т. е. по выраженному в процентах отношению абсо­лютной погрешности к нормирующему значению AН :

Нормирующим значением измерительного прибора называется ус­ловно принятое значение измеряемой величины, могущее быть рав­ным верхнему пределу измерений, диапазону измерений, длине шкалы и др.

Погрешности приборов подразделяют на основную, присущую прибору при нормальных условиях применения вследствие несовер­шенства его конструкции и выполнения, и дополнительную, обусловленную влиянием на показания прибора различных внешних фак­торов.

Нормальными рабочими условиями считают температуру окружающей среды 20±5°С при относительной влажности воздухе 65±15%, атмосферном давлении 750±30 мм.рт.ст., в отсутствие вне­шних магнитных полей, при нормальном рабочем положении прибора и т. д. В условиях эксплуатации, отличных от нормальных, в электроизмерительных приборах возникают дополнительные погрешности, которые представляют собой изменение действительного значения меры (или показания прибора), возникающее при отклонении одного из внешних факторов за пределы, установленые для нормальных условий.

Читайте также  Прибор для ионизации воды своими руками

Допустимое значение основной погрешности эпектроизмерительного прибора служит основанием для определения его класса точности. Так, электроизмерительные приборы по степени точности подразделяются на восемь классов: 0.05; 01; 0.2; 0.5; 1.0; 1.5; 2.5; 4.0, причем цифра, обозначающая класс точности, указывает на наибольшее допустимое значение основной погрешности прибора (в процентах). Класс точности указывается на шкале каждого измерительного прибора и представляет собой жирно выделенную или об­веденную кружком цифру.

Шкалу прибора разбивают на деления. Цена деления (или постоянная прибора) есть разность значений величины, которая соответствует двум соседним отметкам шкалы. Определение цены деления, например вольтметра и амперметра, производят следующим образом:

СU = UH / N — число вольт, приходящееся на одно деление шкалы;

CI = IH / N — число ампер, приходящееся на одно деление шкалы;

N — число делений шкалы соответствующего прибора.

Но иногда встречаются приборы с неравномерно разбитой по делениям шкалой, цену деления нужно определять на участке шкалы, например, цену маленьких делений определяют на участке между большими делениями с цифровой разметкой.

Важной характеристикой прибора является чувствительность S, которую, например, для вольтметра SU амперметра SI определя­ют следующим образом:

SU = N /UH — число делений шкалы, при­ходящееся на 1 В;

SI = N / IH — число делений шкалы, приходящее­ся на 1 А.

Другой важной метрологической характеристикой прибора явля­ется его надежность — способность сохранять заданные характери­стики при определенных условиях работы в течение заданного вре­мени. Количественной мерой надежности является вероятность безотказной работы (ВБР) — вероятность того, что в течение опре­деленного времени Т непрерывной работы не произойдет ни одно­го отказа. Так, амперметры и вольтметры типа Э8027 имеют мини­мальное значение ВБР 0,96 за 2000 ч непрерывной работы. Иными словами, из 100 таких приборов за 2000 часов непрерывной работы лишь 4 будут нуждаться в ремонте.

3.4. Классификация электроизмерительных приборов и технические требования, предъявляемые к ним

Электроизмерительные приборы классифицируют по различным признакам.

По роду измеряемой величины электроизмерительные приборы подразделяют на амперметры, вольтметры, ваттметры, счетчики электрической энергии, фазометры, частотомеры, омметры и т.д. Условное обозначение по роду измерительной величины (табл. 3.1) наносится на лицевую сторону прибора. На шкалах электроизмерителных приборов указывают также условные обозначения, отражающие род измеряемого тока, класс точности прибора, испытательного напряжения изоляции, рабочего положения прибора и т.д..(табл. 3.2).

Измерительные приборы бывают аналоговыми и цифровыми. Аналоговыми называют измерительные приборы, показания которых являют непрерывной функцией измеряемой величины. Цифровыми называют измерительные приборы, показания которых выражены в цифровой форме.

В зависимости от вида получаемой информации измерительные приборы подразделяют на показывающие, интегрирующие, суммирующие (табл 3.3).

  • « Предыдущая
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
  • Следующая »

1.4 Классификация измерительных приборов и их шкал

Измерительный прибор средство измерения, предназна­ченное для выработки определенного вида сигнала измеритель­ной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия оператором.

Измерительные приборы ха­рактеризуются показателями:

1. диапазон измерений область значений измеряемой вели­чины, для которой нормированы допускаемые погрешности из­мерительного прибора (средства измерения).

2. предел измерений — наибольшее или наименьшее значение диапазона измерений.

3. диапазон показаний — размеченная область шкалы, ограни­ченная ее начальным и конечным значениями, т.е. указанными на ней наименьшим Xmin и наибольшим Хтах возможными значениями измеряемой величины (он может быть шире диапазона измерений).

4. область рабочих частот (диапазон частот) — полоса час­тот, в пределах которой погрешность прибора, полученная при изменении частоты сигнала, не превышает допускаемого предела.

5. градуировочная характеристика — зависимость, определяющая соотношение между сигналами на выходе и входе средства измерений в статическом режиме.

6. чувствительность по измеряемому параметру — отношение изменения сигнала на выходе измерительного прибора к вызвавшему его изменению измеряемой величины:

где хизмеряемая величина; Δх — изменение измеряемой величины; Δу — изменение сигнала на выходе.

7. разрешающая способность (абсолютная) — минимальная разность двух значений измеряемых однородных величин, которая может быть различима с помощью прибора.

8. быстродействие (скорость измерения) — максимальное число измерений в единицу времени, выполняемых с нормированной погрешностью.

9. входное сопротивление (полное) ZBX — сопротивление измерительного прибора со стороны входных зажимов.

В электротехнике сигналом измерительной информации явля­ется электрический сигнал, функционально связанный с изме­ряемой физической величиной.

По назначению приборы делят на рабочие и образцовые.

Рабочие приборы предназначены только для измерения во всех об­ластях хозяйственной деятельности.

Образцовые приборы служат для поверки и калибровки рабочих приборов. Погрешность измерения образцовых приборов на 1—2 порядка меньше по сравнению с рабочими приборами.

Стоимость прибора напрямую связана с погрешностью измерения: если прибор имеет погрешность в 10 раз меньше, то стоит такой при­бор в 10 раз дороже. Использовать образцовые приборы для массовых измерений экономически нецелесообразно, поэтому в лабораториях учебных заведений и на производстве применяются в основном рабо­чие приборы.

Измерительные приборы классифицируют по ряду признаков:

1. по форме индикации измеряемой величины делят на показывающие и регист­рирующие, среди которых есть самопишущие и печатающие.

Показывающий измерительный прибор — устройство, пред­назначенное только для считывания показаний, например вольт­метр, амперметр.

Самопишущий измерительный прибор — регистрирующий прибор, в котором возможна запись показаний в форме диаграммы.

Печатающий измерительный прибор — регистрирующий измерительный прибор, в котором предусмотрена печать показа­ний в цифровой форме.

2. по принципу действия все измерительные приборы делятся на две группы:

электромеханические приборы, используемые в цепях постоян­ного тока и на низких частотах;

электронные приборы, используемые в цепях постоянного тока и во всем диапазоне частот.

3. по способу выдачи результата измерительные приборы подразде­ляются на аналоговые и цифровые.

Аналоговый измерительный прибор (со стрелочным индикатором, самопишущие) — средство измерения, показания которого являются непрерывной функцией изменения измеряемой величины.

Аналоговые приборы делятся на четыре ос­новные группы:

в первую группу входят приборы для измерения параметров и характеристик сигналов (например, осциллографы, частотомеры и пр.);

вторую группу образуют приборы для измерения параметров и характеристик активных и пассивных элементов электрических схем. Это измерители сопротивления, емкости, индуктивности, а также приборы для снятия частотных и переходных характеристик цепей;

в третью группу входят — измерительные генераторы, являющиеся источниками сигналов различной амплитуды, формы и частоты.

Четвертая группа — элементы измерительных схем — преоб­разователи, аттенюаторы, циркуляторы, фазовращатели и т.д.

При прямых измерениях физическая величина определя­ется непосредственно по шкале или дисплею прибора: напряжение — вольтме­тра, частота — частотомера, сила тока — амперметра.

При косвенных измерениях необходимая физическая величина находится расчетным путем по результатам измерений других величин, связанных с искомой величиной определенной функциональной зависимостью. Например, измерив силу тока и напряжение, на основании формулы можно определить мощность:

Px=U*I.

Цифровой измерительный прибор, показания, которых образуются в результате автоматического вырабатывания дискретных сигналов измерительной информации, представленной в цифровой форме.

Перед аналоговыми приборами ЦИП имеют преимущества:

удобство и объективность отсчета измеряемых величин;

высокая точность результатов измерения;

широкий динамический диапазон;

высокое быстродействие и возможность автоматизации про­цесса измерения;

4. по методу преобразования измеряемой ве­личины различают приборы прямого, компенсационного (уравновешивающего) и интегрирующие измерительные приборы.

Приборы прямого действия отображают измеряемую величину на индикаторе в единицах этой величины. Изменения рода физической величины в процессе измерения не происходит. К таким приборам от­носятся амперметры и вольтметры.

Измерительные приборы сравнения, предназначенные для непосредственного сравнения измеряемой величины с величинами, значения которых известны; например, электроизмерительный потенциометр.

Интегрирующие измерительные приборы, в которых иссле­дуемая величина интегрируется по времени или по другой независимой переменной; (электрический счётчик энергии).

Шкалы АИП классифицируются по следующим признакам.

По признаку равномерности различают равномерные (линейные) и неравномерные шкалы:

равномерная шкала — это шкала с делениями постоянной длины и с постоянной ценой деления (рис. 1.4.1, а). Такую шкалу имеют электромеханические приборы только магнитоэлектрической си­стемы измерения;

неравномерная шкала это шкала с делениями непостоянной длины и с непостоянной ценой деления (рис. 1.4.1, б).

Рис. 1.4.1 Шкалы аналоговых приборов:

равномерная (а), неравномерная (б), прямая (в), обратная (г), односторонняя (д), двухсторонняя (е), безнулевая (ж)

Такую шкалу имеют электромеханические приборы выпрямительной, электро­магнитной, электродинамической, ферродинамической, электро­статической, термоэлектрической систем.

Читайте также  Прибор для экономии электричества своими руками

По признаку направления градуирования различают прямые и об­ратные шкалы.

Прямая шкала градуирована слева направо, т.е. нуль на шкале рас­положен слева (рис 1.4.1, в). Такая шкала является самой распространенной в АИП;

Обратная шкала градуирована справа налево, т.е. нуль на шкале расположен справа (рис. 1.4.1, г). Такая шкала используется, например, в аналоговых мультиметрах при отсчете значения сопротивления резисторов и емкости конденсаторов.

По положению нуля на шкале и направлению движения стрелки индикатора различают односторонние (д), двухсторонние (е) и безнулевые (ж) представленные на рисунке 1.2

. односторонняя шкала это шкала, стрелка индикатора кото­рой при измерении отклоняется только в одну сторону от нуля (рис. 14.1, д). Такая шкала является самой распространенной;

двухсторонняя шкала это шкала, стрелка индикатора при из­мерении которой отклоняется как влево, так и вправо от нуля. Причем отклонение влево от нуля дает отрицательные значения измеряемой величины, а отклонение вправо — положительные (рис. 1.2, е). Такую шкалу имеют индикаторы аналоговых измерительных мостов и гальванометры;

безнулевая шкала — это шкала, на которой отсутствует нулевая отметка (рис. 1.4.2, ж). Такую шкалу имеют электромеханические частотомеры, генераторы, градуированные по частоте, длительно­сти импульсов, временному сдвигу.

Классификация электроизмерительных приборов по принципу действия и другим параметрам

  1. Конструкция и области применения измерительных приборов
  2. Принцип работы
  3. Видео: принцип работы измерительных приборов
  4. Варианты классификации приборов измерения тока
  5. Виды конструкций
  6. Классификация по роду измеряемой величины
  7. Разделение по роду тока
  8. Способы отображения информации
  9. Иные варианты систематизации
  10. Обозначения приборов
  11. Класс точности электроизмерительных устройств
  12. Видео: классификация электроизмерительного оборудования

Электроизмерительные приборы востребованы и представлены в большом разнообразии. Они применяются в промышленности, транспортной сфере и других областях деятельности. Устройства имеют особую систему обозначения и имеют классификацию по ряду признаков, которую необходимо знать перед применением приборов.

Конструкция и области применения измерительных приборов

Для измерения различных показателей электрического тока используют специальные приборы. Такие устройства разнообразны и классифицируются по нескольким критериям, что позволяет выбрать оптимальный вариант. Все варианты образуют отдельный класс, называющийся электроизмерительные приборы.

Электроизмерительные приборы многообразны, так как необходимы в разных сферах деятельности

Многие варианты приборов обязательно предполагают наличие дисплея, на котором отображается информация. Также в конструкции присутствуют переключатель или кнопка управления прибором. Разъёмы для подключения кабелей, корпус, кнопка включения/отключения тоже являются элементами электроизмерительных приборов.

Дисплей или циферблат всегда присутствуют на приборах измерения электротока

Устройства разного типа применяют в следующих сферах деятельности:

  • медицина;
  • связь и энергетика;
  • научные исследования;
  • бытовые условия;
  • транспортная промышленность;
  • производство любого типа.

Простые или сложные модели приборов позволяют измерить силу тока и другие показатели электроэнергии. Для бытовых условий применяют простой вариант — счётчик электроэнергии, а в промышленности используются более сложные и профессиональные устройства. Таким образом, для электроизмерительных приспособлений каждого типа характерно определённое назначение.

Принцип работы

Большинство электроизмерительных устройств имеют принцип действия, основанный на том, что электроны двигаются по проводнику электроцепи и создают вокруг себя магнитное поле. Стрелка измерительного приспособления перемещается в этом поле, реагируя на его параметры. Чем ниже показатели магнитной зоны, тем меньше отклонения стрелки.

Шкала и стрелка присутствуют на многих приборах и визуализируют особенности электрического тока

При этом все приборы электроизмерительного типа по принципу действия разделяются на следующие виды:

  • магнитоэлектрические, в которых ток пропускается через особую рамку в виде нескольких витков изолированной проволоки. Она размещена между полюсами постоянного магнита, поля их взаимодейству­ют. Рамка и сидящая на одной с ней оси стрелка перемещаются на определённый угол, который пропорционален напряжению или току. Эти приспособления предоставляют точные данные, но без дополнительных устройств используются для определения небольших значений и лишь тока постоянного типа;
  • в электродинамических устройствах магнитное поле, в котором вращается рамка, получается не благодаря постоянному магниту, а с помощью катушки с током. У этих приборов имеются две катушки: неподвижная и подвижная (рамка, жёстко соединённая со стрелкой). Устройства оптимальны для измерения постоянного и непостоянного вариантов тока;
  • работа тепловых моделей осуществляется в результате нагревания током и удлинения проводников. Приборы используются как для постоянного, так и для тока переменного типа;
  • действие электростатических устройств основано на взаимной силе притяжения пластин. Это осуществляется в результате воздействия на них напряжения.

Видео: принцип работы измерительных приборов

Варианты классификации приборов измерения тока

Все устройства, служащие для определения параметров электрического тока, классифицируются по нескольким признакам. В зависимости от сферы и цели применения подбирают нужный вариант.

Дисплей может быть цифровым или в виде стрелки и шкалы

Виды конструкций

Классификация устройств по типу конструкции предполагает разделение приборов по внешним данным, форме, корпусу, типу дисплея или шкалы. В результате можно выделить несколько вариантов. Одним из них являются щитовые модели, которые представляют собой объёмный щит с кнопками управления и информационным табло.

Цифровые приборы имеют дисплей, отображающий максимально точный результат измерений

Стационарные не подлежат частому перемещению и устанавливаются для контроля параметров энергии в определённой зоне. В отличие от них более мобильны переносные варианты, которые позволяют провести работы в разных местах без необходимости перемещения массивного оборудования.

Классификация по роду измеряемой величины

Все электроизмерительные устройства классифицируются в зависимости от того, какую величину позволяют определить. Это необходимо для всестороннего изучения показателей напряжения, что важно в разных сферах деятельности. В результате классификации по роду определяемой величины можно выделить следующие виды оборудования:

  • амперметры необходимы для измерения тока;
  • омметры служат для определения сопротивлений;
  • ваттметры позволяют узнать мощность;
  • счётчики используют для учёта энергии;
  • частотомеры нужны для определения частот тока переменного типа;
  • угол сдвига фаз измеряют фазометры;
  • узнать малые величины помогают гальванометры;
  • осциллографы определяют часто меняющиеся показатели.

Осциллограф имеет сложную конструкцию, помогающую получить точный результат

Каждый прибор имеет определённое назначение, но многие из них имеют схожий принцип работы. Оборудование может быть разного размера, а производители представляют широкий выбор вариантов.

Разделение по роду тока

Электрический ток может быть нескольких видов и в зависимости от этого подбирают приборы для его измерения. В результате такого подхода можно выделить изделия, предназначенные для измерения и используемые лишь в цепях постоянного тока. Существуют варианты, которые применяют только в цепях с переменным электричеством. Более универсальны модели, подходящие для работы с обеими цепями.

Способы отображения информации

Существует два варианта: цифровые и аналоговые. Под цифровыми устройствами подразумевают приборы, осуществляющие в процессе измерения автоматическое преобразование определяемой величины в дискретную. При этом величина является непрерывной, а полученный результат отображается на цифровом дисплее или регистрируется цифропечатающим оборудованием.

Цифровой дисплей характеризуется чёткостью отображения

Главное преимущество цифровых моделей по сравнению с иными вариантами заключается в том, что полученный результат измерений может быть преобразован математически или физически без повышения погрешности. Одним из представителей такого вида приборов является цифровой вольтметр. Востребованы также амперметры, фазометры, частотомеры.

Аналоговые варианты часто оснащены шкалой и стрелкой. Оборудование характеризуется тем, что при измерении показатель входного сигнала преобразуется в показатель выходного импульса. Результат показывает стрелка, направленная на градуированную шкалу, имеющую определённый предел.

Шкала со стрелкой имеет определённый диапазон измерений

Три блока являются составляющими аналоговой конструкции: блок сравнения, первичный преобразователь, устройство ввода информации. Элементы соединены в систему и взаимосвязаны друг с другом.

Иные варианты систематизации

Электроизмерительные устройства широко используются и классифицируют не только по вышеперечисленным критериям, но и по другим особенностям. Часто разделение осуществляется по следующим параметрам:

  • назначение, то есть оборудование может быть вспомогательным, для измерений, бытового или профессионального применения;
  • система выдачи итогового результата, в зависимости от чего изделия могут быть регистрирующими или с выводом информации на экран;
  • способ измерения. Оборудование может быть использовано для сравнения или оценки показателей.

Обозначения приборов

Производители при маркировке изделий указывают определённые обозначения, которые отражают информацию о принципе действия оборудования. Прописная буква в маркировке указывает на тип работы устройства. Основными являются следующие варианты:

  • «М» или «К» означают, что прибор модернизированный или контактный;
  • «Д» — электродинамическое устройство;
  • «Н» означает, что конструкция самопишущая;
  • «Р» указывает на преобразователи измерительного типа;
  • индукционные устройства обозначаются буквой «И»;
  • «Л» — это логометры.

Разнообразные приборы имеют множество вариантов классификации

При выборе конкретного устройства учитывают обозначения в маркировке. Перед первым использованием нового оборудования требуется его настройка, выполняющаяся согласно инструкции.

Класс точности электроизмерительных устройств

Помимо иных характеристик, важное значение имеет и класс точности, который отражает особенности прибора. Точность зависит от допустимой предельной погрешности, которая может возникнуть в результате конструктивных особенностей конкретного оборудования. Выделяют по ГОСТу такие классы точности, как: 4,0 и 0,05; 0,1 и 0,2, а также 0,5 и 1,0, 1,5 и 2,5. Класс не превышает относительной погрешности устройства, определяющейся по формуле: — ɣ = ∆x / xпр * 100%. При этом ɣ — приведённая погрешность, ∆x — абсолютная погрешность, а xпр является измеряемым параметром.

Читайте также  Прибор для замера температуры поверхности

Видео: классификация электроизмерительного оборудования

Оборудование для измерения разных показателей электротока представлено множеством моделей и типов. Выбор правильного устройства является залогом точных измерений и эффективной работы приборов.

Погрешности измерений, представление результатов эксперимента

п.1. Шкала измерительного прибора

Примеры шкал различных приборов:


Манометр – прибор для измерения давления, круговая шкала

Вольтметр – прибор для измерения напряжения, дуговая шкала

Индикатор громкости звука, линейная шкала

п.2. Цена деления

Пример определения цены деления:

п.3. Виды измерений

Прямое измерение

Физическую величину измеряют с помощью прибора

Измерение длины бруска линейкой

Косвенное измерение

Физическую величину рассчитывают по формуле, куда подставляют значения величин, полученных с помощью прямых измерений

Определение площади столешницы при измеренной длине и ширине

п.4. Погрешность измерений, абсолютная и относительная погрешность

Инструментальная погрешность

Определяется погрешностью инструментов и приборов, используемых для измерений (принципом действия, точностью шкалы и т.п.)

Погрешность метода

Определяется несовершенством методов и допущениями в методике.

Погрешность теории (модели)

Определяется теоретическими упрощениями, степенью соответствия теоретической модели и реальности.

Погрешность оператора

Определяется субъективным фактором, ошибками экспериментатора.

Примеры значащих цифр:
0,403 – три значащих цифры, величина определена с точностью до тысячных.
40,3 – три значащих цифры, величина определена с точностью до десятых.
40,300 – пять значащих цифр, величина определена с точностью до тысячных.

В простейших измерениях инструментальная погрешность прибора является основной.
В таких случаях физическую величину измеряют один раз, полученное значение берут в качестве истинного, а абсолютную погрешность считают равной инструментальной погрешности прибора.
Примеры измерений с абсолютной погрешностью равной инструментальной:

  • определение длины с помощью линейки или мерной ленты;
  • определение объема с помощью мензурки.

Пример получения результатов прямых измерений с помощью линейки:

Измерим длину бруска линейкой, у которой пронумерованы сантиметры и есть только одно деление между пронумерованными делениями.
Цена деления такой линейки: begin triangle=frac= frac<1 text<см>><1+1>=0,5 text <см>end Инструментальная погрешность: begin d=frac<2>=frac<0,5><2>=0,25 text <см>end Истинное значение: (L_0=4 text<см>)
Результат измерений: $$ L=L_0pm d=(4,00pm 0,25) text <см>$$ Относительная погрешность: $$ delta=frac<0,25><4,00>cdot 100text<%>=6,25text<%>approx 6,3text <%>$$
Теперь возьмем линейку с n=9 мелкими делениями между пронумерованными делениями.
Цена деления такой линейки: begin triangle=frac= frac<1 text<см>><9+1>=0,1 text <см>end Инструментальная погрешность: begin d=frac<2>=frac<0,1><2>=0,05 text <см>end Истинное значение: (L_0=4,15 text<см>)
Результат измерений: $$ L=L_0pm d=(4,15pm 0,05) text <см>$$ Относительная погрешность: $$ delta=frac<0,05><4,15>cdot 100text<%>approx 1,2text <%>$$

Второе измерение точнее, т.к. его относительная погрешность меньше.

п.5. Абсолютная погрешность серии измерений

Измерение длины с помощью линейки (или объема с помощью мензурки) являются теми редкими случаями, когда для определения истинного значения достаточно одного измерения, а абсолютная погрешность сразу берется равной инструментальной погрешности, т.е. половине цены деления линейки (или мензурки).

Гораздо чаще погрешность метода или погрешность оператора оказываются заметно больше инструментальной погрешности. В таких случаях значение измеренной физической величины каждый раз немного меняется, и для оценки истинного значения и абсолютной погрешности нужна серия измерений и вычисление средних значений.

Пример расчета истинного значения и погрешности для серии прямых измерений:
Пусть при измерении массы шарика с помощью рычажных весов мы получили в трех опытах следующие значения: 99,8 г; 101,2 г; 100,3 г.
Инструментальная погрешность весов d = 0,05 г.
Найдем истинное значение массы и абсолютную погрешность.

Составим расчетную таблицу:

№ опыта 1 2 3 Сумма
Масса, г 99,8 101,2 100,3 301,3
Абсолютное отклонение, г 0,6 0,8 0,1 1,5

Сначала находим среднее значение всех измерений: begin m_0=frac<99,8+101,2+100,3><3>=frac<301,3><3>approx 100,4 text <г>end Это среднее значение принимаем за истинное значение массы.
Затем считаем абсолютное отклонение каждого опыта как модуль разности (m_0) и измерения. begin triangle_1=|100,4-99,8|=0,6\ triangle_2=|100,4-101,2|=0,8\ triangle_3=|100,4-100,3|=0,1 end Находим среднее абсолютное отклонение: begin triangle_=frac<0,6+0,8+0,1><3>=frac<1,5><3>=0,5 text <(г)>end Мы видим, что полученное значение (triangle_) больше инструментальной погрешности d.
Поэтому абсолютная погрешность измерения массы: begin triangle m=maxleft; dright>=maxleft<0,5; 0,05right> text <(г)>end Записываем результат: begin m=m_0pmtriangle m\ m=(100,4pm 0,5) text <(г)>end Относительная погрешность (с двумя значащими цифрами): begin delta_m=frac<0,5><100,4>cdot 100text<%>approx 0,050text <%>end

п.6. Представление результатов эксперимента

Как найти результат прямого измерения, мы рассмотрели выше.
Результат косвенного измерения зависит от действий, которые производятся при подстановке в формулу величин, полученных с помощью прямых измерений.

Вывод этих формул достаточно сложен, но если интересно, его можно найти в Главе 7 справочника по алгебре для 8 класса.

п.7. Задачи

Задача 1. Определите цену деления и объем налитой жидкости для каждой из мензурок. В каком случае измерение наиболее точно; наименее точно?

Составим таблицу для расчета цены деления:

№ мензурки a, мл b, мл n (triangle=frac), мл
1 20 40 4 (frac<40-20><4+1>=4)
2 100 200 4 (frac<200-100><4+1>=20)
3 15 30 4 (frac<30-15><4+1>=3)
4 200 400 4 (frac<400-200><4+1>=40)

Инструментальная точность мензурки равна половине цены деления.
Принимаем инструментальную точность за абсолютную погрешность и измеренное значение объема за истинное.
Составим таблицу для расчета относительной погрешности (оставляем две значащих цифры и округляем с избытком):

№ мензурки Объем (V_0), мл Абсолютная погрешность
(triangle V=frac<2>), мл
Относительная погрешность
(delta_V=fraccdot 100text<%>)
1 68 2 3,0%
2 280 10 3,6%
3 27 1,5 5,6%
4 480 20 4,2%

Наиболее точное измерение в 1-й мензурке, наименее точное – в 3-й мензурке.

Ответ:
Цена деления 4; 20; 3; 40 мл
Объем 68; 280; 27; 480 мл
Самое точное – 1-я мензурка; самое неточное – 3-я мензурка

Задача 2. В двух научных работах указаны два значения измерений одной и той же величины: $$ x_1=(4,0pm 0,1) text<м>, x_2=(4,0pm 0,03) text <м>$$ Какое из этих измерений точней и почему?

Мерой точности является относительная погрешность измерений. Получаем: begin delta_1=frac<0,1><4,0>cdot 100text<%>=2,5text<%>\ delta_2=frac<0,03><4,0>cdot 100text<%>=0,75text <%>end Относительная погрешность второго измерения меньше. Значит, второе измерение точней.
Ответ: (delta_2lt delta_1), второе измерение точней.

Задача 3. Две машины движутся навстречу друг другу со скоростями 54 км/ч и 72 км/ч.
Цена деления спидометра первой машины 10 км/ч, второй машины – 1 км/ч.
Найдите скорость их сближения, абсолютную и относительную погрешность этой величины.

Абсолютная погрешность скорости каждой машины равна инструментальной, т.е. половине деления спидометра: $$ triangle v_1=frac<10><2>=5 (text<км/ч>), triangle v_2=frac<1><2>=0,5 (text<км/ч>) $$ Показания каждого из спидометров: $$ v_1=(54pm 5) text<км/ч>, v_2=(72pm 0,5) text <км/ч>$$ Скорость сближения равна сумме скоростей: $$ v_0=v_<10>+v_<20>, v_0=54+72=125 text <км/ч>$$ Для суммы абсолютная погрешность равна сумме абсолютных погрешностей слагаемых. $$ triangle v=triangle v_1+triangle v_2, triangle v=5+0,5=5,5 text <км/ч>$$ Скорость сближения с учетом погрешности равна: $$ v=(126,0pm 5,5) text <км/ч>$$ Относительная погрешность: $$ delta_v=frac<5,5><126,0>cdot 100text<%>approx 4,4text <%>$$ Ответ: (v=(126,0pm 5,5) text<км/ч>, delta_vapprox 4,4text<%>)

Задача 4. Измеренная длина столешницы равна 90,2 см, ширина 60,1 см. Измерения проводились с помощью линейки с ценой деления 0,1 см. Найдите площадь столешницы, абсолютную и относительную погрешность этой величины.

Инструментальная погрешность линейки (d=frac<0,1><2>=0,05 text<см>)
Результаты прямых измерений длины и ширины: $$ a=(90,20pm 0,05) text<см>, b=(60,10pm 0,05) text <см>$$ Относительные погрешности (не забываем про правила округления): begin delta_1=frac<0,05><90,20>cdot 100text<%>approx 0,0554text<%>approx uparrow 0,056text<%>\ delta_2=frac<0,05><60,10>cdot 100text<%>approx 0,0832text<%>approx uparrow 0,084text <%>end Площадь столешницы: $$ S=ab, S=90,2cdot 60,1 = 5421,01 text<см>^2 $$ Для произведения относительная погрешность равна сумме относительных погрешностей слагаемых: $$ delta_S=delta_a+delta_b=0,056text<%>+0,084text<%>=0,140text<%>=0,14text <%>$$ Абсолютная погрешность: begin triangle S=Scdot delta_S=5421,01cdot 0,0014=7,59approx 7,6 text<см>^2\ S=(5421,0pm 7,6) text<см>^2 end Ответ: (S=(5421,0pm 7,6) text<см>^2, delta_Sapprox 0,14text<%>)

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: