Комплект контрольно-измерительных материалов (стр. 26 )
 | Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 |
Тема 1.6 Электрические измерения
109 Можно ли использовать магнитоэлектрический прибор для измерений в цепи переменного тока?
а) нельзя в) можно, если прибор подключить через выпрямитель
б) можно г) можно, если включить добавочное сопротивление
110 Соединить линией условное обозначение прибора и измеряемую им величину
 |  |
а) мощность б) частота в) сопротивление г) электрическая энергия
 |
111 На шкале нанесён знак Какой это прибор?
а) ваттметр в) прибор электромагнитной системы
б) прибор переменного тока г) прибор магнитоэлектрической системы
112 Какое условное обозначение используется на шкалах приборов, работающих только в горизонтальном положении?
а) в)
б) г)
113 Прибор электромагнитной системы имеет неравномерную шкалу. Измерения невозможны в…
а) в конце шкалы в) в середине шкалы
б) во второй половине шкалы г) в начале шкалы
114 Работа прибора магнитоэлектрической системы основана на взаимодействии…..
а) проводника с током и магнитного поля
б) магнитного поля катушки и ферромагнитного сердечника
в) электрически заряженных тел
г) двух катушек с током
115 Амперметры и вольтметры имеют равномерную шкалу у приборов…
а) электромагнитной системы
б) магнитоэлектрической системы
в) электростатической системы
г) всех выше названных
116 Выбрать знак, указывающий на напряжение испытания изоляции
 |
 |
 |
 |
117 Для защиты приборов электромагнитной системы от внешних магнитных полей используют…
а) собственное магнитное поле
б) ферромагнитный экран
118 В электроизмерительном приборе корректор служит для…
а) быстрой остановки стрелки при измерении
б) устранения зашкаливания стрелки
в) снижения веса прибора
г) установки стрелки на ноль в отключенном состоянии
119 Указать тип шкалы прибора
а) равномерная
120 Для создания противодействующего момента в электроизмерительных приборах установлены
а) успокоители в) подпятники
б) спиральные пружины г) алюминиевые рамки
121 Указать систему прибора, с помощью которого можно измерить мощность цепи
г) никакая из предложенных
Тема 1.7 Трансформаторы
122 Трансформаторы предназначены для преобразования в цепях переменного тока…
а) электрической энергии в световую
б) электрической энергии в механическую
в) электрической энергии с одними параметрами напряжения и тока в электрическую энергию с другими параметрами этих величин
г) электрической энергии в тепловую
123 Сердечник трансформатора выполняется из электротехнической стали для…
а) повышения жёсткости конструкции
б) уменьшения ёмкостной связи между обмотками
в) увеличения магнитной связи между обмотками
124 Если w1 – число витков первичной обмотки, а w2 – число витков вторичной обмотки, то однофазный трансформатор является понижающим, когда…
125 Трансформаторы необходимы для…
а) экономичной передачи и распределения электроэнергии переменного тока
б) стабилизации напряжения на нагрузке
в) стабилизации тока на нагрузке
г) повышения коэффициента мощности
126 Величина ЭДС, наводимой в обмотке трансформатора, не зависит от…
а) марки стали сердечника в) частоты тока в сети
б) амплитуды магнитного поля г) числа витков катушки
127 Первичная обмотка трансформатора включена на напряжение сети U1=0,6 кВ. Напряжение U2 на вторичной обмотке равно 200 В. Коэффициент трансформации равен…
а) 333,3 б) 3 в) 0,33 г) 3,85
128 Трансформатор не предназначен для преобразования…….
а) переменного тока одной величины в переменный ток другой величины
б) электроэнергии одного напряжения в электроэнергию другого напряжения
в) постоянного напряжения одной величины в напряжение другой величины
г) изоляции одной электрической цепи от другой электрической цепи
129 В основу принципа работы трансформатора положен…
а) закон Ампера в) принцип Ленца
б) закон Джоуля – Ленца г) явление взаимоиндукции
130 Для чего сердечник трансформатора собирают из тонких листов стали, изолированных друг от друга?
а) для уменьшения коэффициента трансформации
б) для увеличения коэффициента трансформации
в) для снижения нагрева сердечника
г) для снижения веса трансформатора
131 Обмотка трансформатора, подключенная к источнику электроэнергии, называется______________________ первичной
Обмотка трансформатора, от которой энергия подается потребителю, называется______________________ вторичной
Тема 1.8 Электрические машины переменного тока
132 В синхронной машине в режиме двигателя статор подключается к…
а) источнику однофазных прямоугольных импульсов
б) источнику однофазного синусоидального тока
в) источнику постоянного тока
г) трёхфазному источнику
133 Для подвода постоянного напряжения к обмотке возбуждения ротора синхронной машины используется…
а) коллектор, набранный из пластин
б) два контактных кольца
в) три контактных кольца
134 Вращающееся магнитное поле статора синхронного двигателя создаётся при выполнении следующих условий…
а) три обмотки статора расположены под углом 120о друг к другу и подключены к цепи постоянного тока
б) имеется одна статорная обмотка, включенная в сеть однофазного переменного тока
в) обмотка статора включена в цепь постоянного тока, а обмотка ротора в сеть трёхфазного тока
г) три обмотки статора расположены под углом 120о друг к другу и подключены к трёхфазной сети синусоидального тока
135 Обмотка возбуждения, расположенная на роторе синхронной машины, подключается…
а) к источнику однофазного синусоидального тока
б) к любому из перечисленных
в) к источнику постоянного тока
г) к трехфазному источнику
136 Асинхронной машине c короткозамкнутым ротором соответствует схема…
 |
 |
а) б) в) г)
137 Относительно устройства асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором неверным является утверждение, что…
а) обмотки статора и ротора не имеют электрической цепи
б) ротор имеет обмотку, состоящую из медных или алюминиевых стержней, замкнутых накоротко торцевыми кольцами
в) цилиндрический сердечник ротора набирается из отдельных листов электрической цепи
г) статор выполняется сплошным, путем отливки
138 Направление вращения магнитного поля статора асинхронного двигателя зависит от…
а) величины подводимого напряжения
б) частоты питающей сети
в) порядка чередования фаз обмотки статора
г) величины подводимого тока
139 Асинхронной машине принадлежат узлы…
а) статор с трехфазной обмоткой, неявнополюсный ротор с двумя контактными кольцами
б) статор с трехфазной обмоткой, якорь с коллектором
в) статор с трехфазной обмоткой, явнополюсный ротор с двумя контактными кольцами
г) статор с трехфазной обмоткой, ротор с короткозамкнутой обмоткой, ротор с трехфазной обмоткой и тремя контактными кольцами
Применение магнитоэлектрических приборов для измерений в цепях переменного тока
Высокая чувствительность, точность и малое значение потребляемой мощности выгодно отличают магнитоэлектрические приборы от других электромеханических приборов. Вследствие этого естественно стремление использовать магнитоэлектрические приборы для измерений на переменном токе. Эта задача решается двумя путями: во-первых, уменьшением момента инерции подвижной части, что наблюдается в вибрационных гальванометрах; во-вторых, преобразованием переменного тока в постоянный с последующим его измерением магнитоэлектрическим прибором.
В качестве преобразователей переменного тока в постоянный применяются полупроводниковые диоды, термопреобразователи, электронные лампы, транзисторы, интегральные микросхемы и т. п. В соответствии с типом используемого преобразователя различают выпрямительные, термоэлектрические и электронные приборы (последние будут рассмотрены ниже).
Выпрямительные приборы. Эти приборы представляют собой соединение выпрямительного преобразователя и магнитоэлектрического измерительного механизма. В настоящее время в выпрямительных преобразователях используют полупроводниковые диоды (кремниевые и германиевые). По существовавшей до недавнего времени классификации в названии типа выпрямительных приборов использовалась буква Ц (например, Ц4352). В современных условиях возможны и другие обозначения.
В зависимости от схемы включения диодов и измерительного механизма осуществляется одно- или двухполупериодное выпрямление переменного тока. В схемах первого типа (рис. 8.6, а) через измерительный механизм (и диод VD1) проходит только прямая полуволна переменного тока, а обратная – пропускается через диод VD2 и резистор R (R = Rи). Ветвь, состоящая из диода VD2 и резистора R, предназначена для выравнивания обеих полуволн тока в общей цепи, а также для защиты диода VD1 от пробоя при обратной полуволне напряжения.
В схеме двухполупериодного выпрямления ток через измерительный механизм проходит в обе половины периода, поэтому чувствительность этих схем выше, чем чувствительность однополупёриодных. На рис. 8.6, б показана наиболее распространенная схема двухполупериодного выпрямления – мостовая.
Рисунок 8.6 – Включение диодов и измерительного механизма: а – при однополупериодном, б – при двухполупериодном выпрямлении
Выпрямительные свойства диода характеризуются коэффициентом выпрямления
где Iпр и Iобр – токи, протекающие через диод в прямом и обратном направлениях; Rпр и Rобр – прямое и обратное сопротивления диода соответственно. Значение коэффициента выпрямления зависит от приложенного к диоду напряжения, частоты, протекающего тока и температуры окружающей среды.
В мостовых схемах на каждый диод приходится меньшее напряжение, чем в однополупёриодных. Это приводит к уменьшению коэффициента kв. Поэтому для измерения малых напряжений применяют схемы однополупериодного выпрямления.
Значение вращающего момента измерительного магнитоэлектрического механизма при протекании по рамке пульсирующего выпрямленного тока, согласно (8.6),
Вследствие инерционности подвижной части измерительного механизма ее отклонение будет определяться средним значением вращающего момента, который для схем одно- и двухполупериодного выпрямления соответственно будет равен:
где Т – период и Iср – среднее значение измеряемого тока.
Угол поворота подвижной части измерительного механизма определяется по выражению (8.7) и для схем одно- и двухполупериодного выпрямления соответственно будет равен:
Из выражений (8.18) видно, что отклонение подвижной части выпрямительного прибора пропорционально среднему значению измеряемого тока Iср. При измерениях в цепях переменного тока шкалы приборов, как правило (за исключением специальных приборов), градуируются в действующих (средних квадратических) значениях синусоидального тока (частотой 50 Гц). Среднее и действующее значения переменного тока связаны между собой через коэффициент формы кривой тока
где I – действующее значение измеряемого тока. Учитывая это, для схемы двухполупериодного выпрямления получим:
Таким образом, при одном и том же действующем значении, но при разной форме измеряемого тока (а значит, разных kф) угол поворота подвижной части будет разным, то есть показания выпрямительных приборов зависят от формы кривой измеряемого тока (а для вольтметров – напряжения).
К недостаткам выпрямительных приборов относятся также:
неравномерность шкалы в начальной части (0-15 %), что связано с нелинейностью реальных прямых вольт-амперных характеристик диодов;
невысокий класс точности (чаще всего 1,5; 2,5), что объясняется нестабильностью характеристик полупроводниковых диодов;
подверженность влиянию температуры окружающей среды вследствие температурной зависимости вольт-амперных характеристик диодов (снижение влияния температуры обеспечивается специальными схемами термокомпенсации).
В качестве примера на рис. 8.7 приведена схема выпрямительного вольтметра. При увеличении температуры окружающей среды эквивалентное сопротивление выпрямляющего моста уменьшается, что компенсируется увеличением сопротивления добавочного резистора, выполненного частично из меди, частично из манганина. Уменьшение частотной погрешности достигается включением конденсатора С. С повышением частоты усиливается шунтирующее действие емкости диода при его обратном включении, что увеличивает обратный ток через диод при том же значении прямого (уменьшается коэффициент выпрямления). Это уменьшает среднее значение выпрямленного тока, от которого зависит угол поворота подвижной части. Благодаря емкости С, шунтирующей часть резистора Rд, при повышении частоты общий ток вольтметра возрастает, что компенсирует уменьшение выпрямленного тока.
Рисунок 8.7 – Схема выпрямительного вольтметра
Достоинствами выпрямительных приборов являются высокая чувствительность, малое собственное потребление мощности и сравнительно широкий диапазон рабочих частот (до 100 кГц с применением точечных кремниевых диодов и схем частотной компенсации).
Сочетание магнитоэлектрического измерительного механизма, выпрямительного преобразователя, шунта или добавочного резистора образует выпрямительный амперметр или вольтметр.
Выпрямительные приборы в большинстве случаев выпускают комбинированными и многопредельными. За счет переключений в схеме с помощью переключателей эти приборы позволяют измерять постоянные и переменные токи и напряжения, а также сопротивления по схеме омметра. Наличие многопредельных шунтов и добавочных резисторов позволяет приборам иметь несколько пределов измерения тока и напряжения.
Термоэлектрические приборы. Они представляют собой сочетание одного или нескольких термопреобразователей с магнитоэлектрическим прибором (рис. 8.8). В результате прохождения измеряемого тока Ix по нагревателю 2 выделяется тепловая энергия, которая повышает температуру горячего спая термопары 1. Термоэлектродвижущая сила, вызванная разностью температур горячего спая и холодных концов термопары (а точнее, ток Iи, протекающий в цепи термопары и измерительного механизма), измеряется чувствительным магнитоэлектрическим механизмом. Таким образом, термоЭДС, а следовательно и отклонение 1 подвижной части прибора, функционально связаны с величиной измеряемого тока. Эта зависимость близка к квадратической. По существовавшей ранее классификации в названии термоэлектрических приборов используется буква Т (например, Т131).
Рисунок 8.8 – Простейшая схема термоэлектрического прибора
Термопреобразователи различают контактные и бесконтактные. В контактном термопреобразователе термопара имеет тепловой и гальванический контакты с нагревателем. Бесконтактные термопреобразователи, в которых нагреватель и рабочий конец термопары разделены электроизолятором (например, каплей стекла), используются для создания термобатарей, состоящих из нескольких термопар, соединенных последовательно. Это увеличивает термоЭДС преобразователя, однако при последовательном включении термопар сопротивление цепи измерительного механизма увеличивается и существенного выигрыша в чувствительности не получается.
При измерении малых токов используют вакуумные термопреобразователи. В них нагреватель и термопара помещаются в стеклянный баллон, из которого откачан воздух. В результате достигается уменьшение потерь на теплоотдачу в окружающую среду и, следовательно, для нагрева рабочего конца термопары требуется меньшая мощность.
ТермоЭДС Ет пропорциональна мощности Р, выделяемой в нагревателе. В свою очередь эта мощность пропорциональна квадрату измеряемого тока Ix. ТермоЭДС создает в цепи термопары и измерительного прибора постоянный ток Iи, который вызывает отклонение подвижной части измерительного механизма α. Таким образом,
Из формулы (8.19) видно, что показания термоэлектрических приборов пропорциональны квадрату действующего (среднего квадратического) значения измеряемого тока. Однако квадратичный характер шкалы прибора сохраняется лишь на начальном ее участке, а затем искажается по причине увеличения потерь теплоты нагревателем в окружающую среду.
То, что отклонение α связано с действующим (средним квадратическим) значением измеряемого тока, обеспечивает независимость показаний от формы кривой измеряемой величины. Достоинствами приборов являются также высокая чувствительность и. широкий частотный диапазон измерений – вплоть до сотен мегагерц. Однако на частотах, начиная с 10 МГц, частотная погрешность увеличивается до 5-10 %. Это объясняется проявлением на высоких частотах поверхностного эффекта, что повышает сопротивление нагревателя, и влиянием собственных емкостей, через которые часть измеряемого тока ответвляется, минуя нагреватель.
Недостатками термоэлектрических приборов являются малая перегрузочная способность, ограниченный срок службы термопар, зависимость показаний приборов от температуры окружающей среды и значительное собственное потребление мощности (в амперметрах на 5 А примерно 1 В∙А), вследствие чего шунты для расширения пределов измерения не применяются (как правило, каждый поддиапазон измерений имеет собственный термопреобразователь с соответствующей чувствительностью).
В настоящее время применяются многопредельные термоэлектрические приборы для измерения переменных и постоянных токов от 100 мкА до 100 А классов точности 1,0 и 1,5. В качестве вольтметров термоэлектрические приборы практически не используются из-за небольшой величины входного сопротивления.
Можно ли использовать прибор магнитоэлектрической системы для измерений в цепях переменного тока
В измерительных механизмах магнитоэлектрической системы вращающий момент создается взаи модействием измеряемого постоянного тока в катушке механизма с полем постоянного магнита. Существуют два основных типа приборов магнитоэлектрической системы: приборы с подвижной катушкой (подвижной рамкой) и приборы с подвижным магнитом, причем первые применяются значительно чаще, чем вторые.
В магнитоэлектрическом механизме с подвижной катушкой, рис. 1, последняя установлена на опорах и может поворачиваться в воздушном зазоре магнитной цепи постоянного магнита 1 (см. механизм магнито-электрической системы ).
Угол между направлениями вектора магнитной индукции В в воз душном зазоре и тока I в активной части проводников (длинная сторона рамки) длиной l подвижной катушки равен 90°. Следовательно, на каждый из проводни ков действует электромагнитная сила
F = В· I · l , а на подвижную часть механизма — вращающий момент
где d — диаметр каркаса катушки с числом витков w и площадью поперечного сечения S = l · d ; квр = w · S · d — коэффициент пропорциональ ности.
Так как противодействующий момент, создаваемый спиральными пружинами, прямо пропорционален углу закручивания α, т. е. Мпр = кпр · α, то угол поворота катушки при равенстве моментов Мвр= Мпр прямо пропорционален измеряемому току:
Измерения в цепях постоянного и переменного тока низкой частоты
Измерения в цепях постоянного и переменного тока низкой частоты
Измерение тока и напряжения
Для измерения постоянных напряжений (токов) применяются, как правило, приборы магнитоэлектрической системы. Для измерения действующих значений переменных напряжений (токов) тока используют преимущественно приборы электромагнитной системы, а для измерения их средних значений — приборы магнитоэлектрической системы с выпрямителем.При измерении тока амперметр включается последовательно с участком цепи, в котором измеряется ток (рис. 5.1,а). Для измерения величины напряжения на каком-либо элементе электрической цени вольтметр включается параллельно этому элементу (рис. 5.2, а).
Расширение пределов измерения амперметра достигается с помощью шунта 
в цепях постоянного тока (рис. 5.1,6) и с помощью измерительного трансформатора тока в цепях переменного тока (рис. 5.1,в).
Расширение пределов измерения вольтметра достигается с помощью дополнительного резистора 
в цепях постоянного тока (рис. 5.2,6) и с помощью измерительного трансформатора напряжения в цепях переменного тока (рис. 5.2,в).
Для минимизации влияния амперметра на величину измеряемого тока необходимо, чтобы его внутреннее сопротивление было много (как минимум, на два-три порядка) меньше сопротивления участка электрической цени, в которой он включен. Для минимизации влияния вольтметра на величину измеряемого напряжения необходимо, чтобы его внутреннее сопротивление было много (как минимум, на два-три порядка) больше сопротивления включенного параллельно вольтметру элемента участка электрической цепи.
Измерение мощности
Измерение мощности в цепях постоянного тока. Мощность в цепи постоянного тока 
может быть измерена косвенным методом с помощью амперметра и вольтметра (рис. 5.3,а) или непосредственно электродинамическим ваттметром (рис. 5.3,6).
Электродинамический ваттметр состоит из двух катушек: неподвижной с малым сопротивлением (обычно называемой токовой обмоткой) и подвижной с большим сопротивлением (обычно называемой обмоткой напряжения). Токовая обмотка включается последовательно с нагрузкой 
, обмотка напряжения включается параллельно нагрузке. В результате взаимодействия магнитных полей подвижной и неподвижной катушек возникает вращающий момент, вызывающий отклонение подвижной части прибора и соединённой с ней стрелки (указателя). При постоянном токе он пропорционален произведению силы тока на напряжение, т.е. мощности, потребляемой в цепи постоянного тока.
Чтобы стрелка прибора отклонялась от нуля вправо, необходимо через катушки пропускать токи в определенном направлении. Для этого два зажима прибора, соединенные с началом обмоток, обозначаются знаком «*» и электрически соединяются. Они должны быть подключены к положительному полюсу источника питания.
Измерение мощности в однофазной цепи. Активная мощность в цепи однофазного синусоидального тока 
может быть измерена косвенным методом с помощью амперметра, вольтметра и фазометра или непосредственно электродинамическим ваттметром. Обмотки ваттметра подключают так же, как и при измерении мощности, потребляемой в цепи постоянного тока. Вращающий момент прибора пропорционален средней, или активной, мощности . По углу поворота подвижной части ваттметра можно судить о величине активной мощности, потребляемой цепью.
При измерении ваттметром активной мощности в цепях низкого напряжения с большими токами применяют трансформаторы тока. Для определения мощности в этом случае нужно показание ваттметра умножить на коэффициент трансформации трансформатора тока.
В цепях высокого напряжения с большими токами при измерении активной мощности используются измерительные трансформаторы напряжения и тока. Для получения мощности нужно показание ваттметра умножить на произведение коэффициентов трансформации трансформаторов напряжения и тока.
Реактивная мощность в цепи однофазного синусоидального тока 
может быть измерена косвенным методом с помощью амперметра, вольтметра и фазометра или непосредственно специальным ваттметром (варметром), имеющим усложненную схему параллельной цепи с целью получения фазового сдвига между векторами тока и напряжения этой цепи, равного 90°.
Измерение мощности в трехфазной цепи. Активную мощность трехфазной цепи при симметричной нагрузке можно определить при помощи трех приборов: амперметра, вольтметра и фазометра — по формуле 
, где 
и 
— линейные напряжения и ток, а 
— угол сдвига между фазным напряжением и током.При симметричной нагрузке активную мощность трехфазной цепи можно измерить непосредственно одним ваттметром (рис. 5.4). Умножая показание ваттметра на 3, получаем значение активной мощности цепи при симметричной нагрузке.
Активная мощность в трехфазной цепи с нулевым проводом может быть определена как сумма показаний трех ваттметров, включенных, как показано на рис. 5.5.
Мощность трехфазной цепи без нулевого провода при любой нагрузке (симметричной и несимметричной) независимо от способа соединения потребителей (звездой или треугольником) может быть измерена по схеме двух ваттметров (рис. 5.6,а). Докажем, что ваттметры измеряют активную мощность в трехфазной цепи.
Мгновенное значение мощности, измеряемой первым и вторым ваттметром, 
. Так как 
или 
. Так как в трехпроводной трехфазной цепи 
.
Из полученного выражения следует, что суммарная мгновенная мощность, измеряемая двумя ваттметрами (рис.5.6), равна активной мощности в трехфазной цепи.
В соответствии с (2.51) измеренная по способу двух ваттметров активная мощность трехфазной системы, выраженная через действующие значения токов и напряжений,
где 
и 
показания первого и второго ваттметров.
Так как косинусы углов в (5.7) могут быть как положительными, так и отрицательными, активная мощность, измеренная по методу двух ваттметров, равна алгебраической сумме их показаний.
На рис. 5.6,б представлена векторная диаграмма токов и напряжений для схемы, изображенной на рис.5.6,а, при симметричном приемнике, включенном звездой. Диаграмма поясняет измерение активной мощности с помощью двух ваттметров. На векторной диаграмме угол 
между векторами 
и 
равен 
, угол 
между векторами 
и 
равен 
, а 
— угол между линейными напряжением и током. Следовательно, мощность трехфазной системы при симметричной нагрузке
Реактивную мощность в трехфазной цепи можно измерить с помощью варметров по аналогичным схемам, представленным на рис.5.4 и 5.5.
В трехфазной трехпроводной цепи при симметричной нагрузке реактивную мощность можно определить по показаниям двух ваттметров (рис.5.6,а)
Измерение энергии в цепях переменного тока
Учет электроэнергии, отдаваемой электростанциями в сеть или получаемой отдельными потребителями, осуществляется с помощью счетчиков электрической энергии.
Электрическая энергия (работа) определяется произведением электрической мощности в ваттах на время. За единицу электрической энергии принимают ватт-секунду, т. е. работу, которую совершает в цепи ток в 1 ампер при напряжении в 1 вольт в течение 1 секунды. Для практических расчетов берется единица более крупная — ватт-час (3600 ватт-секунд) или кратные ей гектоватт-час (100 ватт-час.) и киловатт-час (1000 ватт-час.).
Для учёта активной и реактивной электроэнергии переменного тока служат индукционные одно- и трёхфазные счетчики, для учёта расхода электроэнергии постоянного тока — электродинамические счётчики.
Наиболее популярным в последнее время становятся электронные счетчики, имеющие лучшие по сравнению с традиционными счетчиками электроэнергии метрологические характеристики. Принцип действия таких счетчиков заключается в периодическом аналого-цифровом преобразовании получаемых с помощью первичных преобразователей текущих значений тока и напряжения и последующем вычислении цифровым процессором мощности и энергии и регистрации полученных результатов.
Электронные счетчики применимы для измерения мощности и энергии как в цепях постоянного, так и в цепях переменного тока. Область их применения определяется лишь первичными преобразователями и алгоритмом обработки получаемых с их помощью текущих значений тока и напряжения.
Измерение неэлектрических величин электрическими методами
Существует ряд способов измерения неэлектрических величин, различающихся по виду энергии сигнала измерительной информации.
Однако мы рассмотрим только наиболее распространенный электрический способ измерения. Для его реализации необходимо преобразовать измеряемую неэлектрическую величину в пропорциональный электрический сигнал. Эту задачу выполняют измерительные преобразователи (преобразователи физической величины, датчики, первичные преобразователи).
Преобразователь физической величины — устройство, предназначенное для восприятия и преобразования контролируемой физической величины в выходной сигнал.
По виду выходного сигнала датчики подразделяются на две большие группы: генераторные (с выходной величиной 
или 
и внутренним сопротивлением 
) и параметрические (с ЭДС 
и выходной величиной в виде изменения 
или 
в функции 
).
Функции преобразовании первичного преобразователя — это функциональная зависимость выходной величины 
от входной , описываемая аналитическим выражением или графиком. Чаще всего стремятся обеспечить линейную зависимость между изменением входной величины и соответствующим приращением выходной величины преобразователя, т.е. получить линейную характеристику преобразования. Для ее описания 
достаточно двух параметров: начального значения выходной величины 
соответствующего нулевому значению входной величины , и показателя относительного наклона характеристики 
, называемого чувствительностью преобразователя.
Чувствительность преобразователя — характеристика, определяемая отношением изменения выходного сигнала к вызывающему его изменению измеряемой физической величины. Это, как правило, именованная величина с разнообразными единицами, зависящими от природы входной и выходной величин. Для реостатного преобразователя (реостата, движок которого перемещается под действием измеряемой неэлектрической величины) входной величиной является перемещение движка, а выходной величиной — сопротивление, единица чувствительности — Ом/мм. Для термопары единица чувствительности — мВ/К.
Функцию преобразования обычно приходится находить экспериментально, т. е. прибегать к градуировке преобразователей. Результаты градуировки выражаются в виде таблиц, графиков или аналитически.
Часто у преобразователей выходной сигнал зависит не только от входной измеряемой величины , но и от внешнего фактора 
,т. е. функция преобразования в общем виде, 
.
В этом случае при градуировке определяется ряд функций преобразования при разных значениях .
Знание функций преобразования при разных значениях влияющего фактора позволяет тем или иным способом (введением поправки, автоматической коррекцией) учесть влияние внешнего фактора.
При градуировке серии однотипных преобразователей оказывается, что их характеристики несколько отличаются друг от друга, занимая некоторую полосу. Поэтому в паспорте первичного преобразователя приводится некоторая средняя характеристика, называемая номинальной. Отклонение реальной характеристики преобразователя от его номинальной характеристики рассматривается как погрешность преобразователя.
При оценке и сравнении измерительных преобразователей необходимо учитывать следующие их основные параметры:
Основные параметры преобразователя могут дополняться такими дополнительными параметрами, как:
К первичным преобразователям предъявляют требования воспроизводимости и однозначности характеристики преобразования 
, стабильности во времени характеристики преобразователя, минимального обратного действия преобразователя на исследуемый объект, быстродействия и др.
Первичные измерительные преобразователи очень разнообразны по принципу действия, устройству, виду энергии входного сигнала, метрологическим и эксплуатационным характеристикам.
Па вход первичного преобразователя кроме входной величины действуют и другие параметры объекта и окружающей среды. В этих условиях первичный преобразователь должен избирательно реагировать только на значение входной величины и не реагировать на влияние всех остальных факторов. Задача подавления чувствительности первичного преобразователя к влияющим величинам относится к важным задачам, решаемым конструктивными и схемными методами.
Выходной сигнал первичного преобразователя поступает в измерительную цепь, осуществляющую измерительное преобразование и формирование выходного сигнала, а также коррекцию отдельных составляющих систематической погрешности. Схема измерительной цепи зависти от типа первичного преобразователя, его выходной мощности, от требований к точности и быстродействию измерительного устройства.
Цифровые измерительные приборы
Все приборы делятся на аналоговые и цифровые. Первые обычно показывают значение измеряемой величины посредством стрелки, перемещающейся по шкале с делениями. Вторые снабжены цифровым дисплеем, который показывает измеренное значение величины в виде числа. Цифровые приборы в большинстве измерений более предпочтительны, так как они более точны, более удобны при снятии показаний и, в общем, более универсальны. Аналоговые приборы постепенно вытесняются цифровыми, хотя они еще находят применение там, где важна низкая стоимость и не нужна высокая точность.
По принципу действия и конструктивному исполнению цифровые приборы разделяют на электромеханические и электронные. Электромеханические приборы имеют высокую точность, но малую скорость измерений. В электронных приборах используется современная элементная база электроники. Несмотря на схемные и конструктивные особенности, принцип построения ЦИП одинаков.
Во всех цифровых приборах аналоговый измеряемый сигнал (выходной сигнал первичного преобразователя) с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП) должен быть преобразован в цифровую форму.
Уровень сигналов от первичных преобразователей, как правило, недостаточен для работы АЦП, который преобразует напряжение в цифру в строго ограниченном диапазоне от минимального уровня напряжения 
до максимального уровня напряжения 
. Для того чтобы согласовать уровни и величину выходного сигнала первичного преобразователя и уровни и величину входных сигналов вторичного преобразователя (согласовать размах сигнала первичного преобразователя и диапазон 
работы вторичного преобразователя), требуется усилить сигнал первичного преобразователя. При этом может возникнуть необходимость согласовать нулевой уровень сигнала первичного преобразователя с нулевым уровнем шкалы вторичного преобразователя, который может быть равен или ( 
или иметь какое-то иное значение для конкретного случая.
Искажения, вносимые усилителем в усиливаемый сигнал, не должны превышать допустимые искажения. Эти искажения могут быть вызваны как нелинейностью коэффициента передачи усилителя для разных уровней входного (выходного) сигнала, гак и дополнительными источниками тока и напряжениями, возникающими в усилителе, с которыми суммируется входной сигнал. К этим дополнительным источникам относятся:
Кроме этого, входной сигнал может искажаться из-за несоответствия частотного диапазона усилителя и частотному спектру сигнала. Например, если усилитель не достаточно быстродействующий, то мелкие детали исследуемого физического процесса не будут анализироваться при эксперименте.
Если полезной информацией является амплитуда импульсов первичного преобразователя, а усилитель не пропускает постоянной составляющей сигнала, то при изменении частоты повторения импульсов и длительности импульсов будет изменяться постоянная составляющая сигнала, а так как она не пропускается усилителем, то амплитуда импульсов на выходе усилителя будет искажена.
В связи с тем, что шумы занимают всю полосу частот, а искомый сигнал первичного преобразователя имеет 01раниченную полосу частот, то для увеличения отношения сигнал/шум полоса частот усилителя не должна превышать полосу частот сигнала. Для ограничения полосы частот сигнала применяют соответствующие фильтры верхних и нижних частот.
Обработанный таким образом исходный аналоговый сигнал преобразуется АЦП в цифровую форму. Результат аналого-цифрового преобразования выводится индикатор (дисплей).
К наиболее важным характеристикам цифровых измерительных приборов относятся: разрешающая способность, входное сопротивление, быстродействие (число измерений в секунду), точность (близость результата к истинному значению величины), помехозащищенность.
Применение в цифровых измерительных приборах в качестве устройства управления микроконтроллеров позволяет существенно повысить их точность, расширяет возможности и упрощает управление процессом измерений, автоматизирует калибровку и проверку приборов, позволяет выполнять вычислительные операции, создавать полностью автоматизированные программно управляемые приборы.
Эта теория взята со страницы помощи с заданиями по электротехнике:
Возможно эти страницы вам будут полезны:
Образовательный сайт для студентов и школьников
Копирование материалов сайта возможно только с указанием активной ссылки «www.lfirmal.com» в качестве источника.
© Фирмаль Людмила Анатольевна — официальный сайт преподавателя математического факультета Дальневосточного государственного физико-технического института