Исембергенов Н.Т Методы и средства измерений и контроля электрических величин. Учебно методичный комплекс - файл n1.doc. Электрические измерения и измерительная аппаратура Измерение и контроль электрических величин

Измерение электрических величин на промышленных предприятиях обеспечивает контроль технологических процессов (ТП), контроль за соблюдением установленного режима работы, контроль работы оборудования, контроль изоляции электрооборудования и электрических сетей, условия, позволяющие обслуживающему персоналу ориентироваться при аварийных режимах.

Средства измерений электрических величин должны удовлетворять требованиям по классу точности измерительных приборов (не ниже 2,5), пределам измерений приборов. Измерительные приборы должны быть установлены в пунктах, откуда осуществляется управление .

Измерение тока, напряжения и мощности производится в цепях всех напряжений, где оно необходимо для систематического контроля ТП или оборудования. На подстанциях допускается измерение напряжения только на стороне низшего напряжения, если установка трансформаторов напряжения на стороне ВН не требуется для других целей. Измерение напряжения должно производиться также в цепях силовых преобразователей, аккумуляторных батарей, зарядных и подзарядных устройств, в цепях дугогасящих реакторов. Измерение мощности производится в цепях генераторов активной и реактивной мощности, в цепях синхронных компенсаторов – реактивной мощности, у понижающих трансформаторов в зависимости от напряжения – активной и реактивной мощности.

Учет активной и реактивной мощности и энергии, а также контроль качества электроэнергии для расчетов между энергосберегающей организацией и потребителем производится, как правило, на границе балансовой принадлежности электросети. Учет электроэнергии осуществляется на основе измерений электрической энергии с помощью счетчиков, а также информационно-измерительных систем. Применение автоматизированных систем учета и контроля электроэнергии повышает эффективность учета. В электроустановках используют различные многофункциональные счетчики. Их можно использовать для ежедневной и ежемесячной фиксации потребления электроэнергии, фиксации потребления электроэнергии на первое число месяца, после перерыва питания, 30-минутного значения мощности, попыток несанкционированного доступа к памяти, изменения сезонного времени и др.

Учет активной электроэнергии должен обеспечивать возможность составления балансов электроэнергии для потребителей, контроль за соблюдением потребителями заданных режимов потребления и балансов электроэнергии, расчетов потребителей за электроэнергию по действующим тарифам (в том числе многоставочным и дифференцированным), возможность управления электропотреблением. Учет реактивной электроэнергии должен обеспечивать возможность определения количества реактивной электроэнергии, полученной потребителем от электроснабжающей организации или переданной ей, если по этим данным производятся расчеты или контроль соблюдения заданного режима работы компенсирующих устройств.

При определении количества электроэнергии учитываются только коэффициенты трансформации измерительных трансформаторов, Измеряемая электроэнергия равна разности показаний счетного механизма счетчика, умноженной на коэффициент трансформации, введение других поправочных коэффициентов не допускается.

По схеме подключения к электрической цепи счетчики делятся на устройства прямого включения и трансформаторные. Кроме того, счетчики бывают аналоговые и электронные. До настоящего времени широко распространены аналоговые индукционные счетчики типа САЗУ-670М, СР4У-И673 и другие для измерения активной и реактивной энергии. В то же время получили широкое распространение электронные счетчики . Измерение энергии электронными счетчиками основано на преобразовании аналоговых входных сигналов переменного тока и напряжения в счетный импульс или код. Структурная схема электронного счетчика на основе амплитудной и широтно-импульсной модуляции приведена на рис. 9.17.

Счетчики электронные многотарифные типа СЭА32 различного исполнения предназначены для измерения активной энергии в трехфазных сетях переменного тока частотой 50 Гц и используются в качестве датчика приращения энергии в АСУ контроля и учета электрической энергии (АСКУЭ) и телеизмерения мощности.

Счетчики типа СЭ3000 используются для измерения активной и реактивной энергии и мощности по трем фазам в трехфазных трех- и четырехпроводных цепях переменного тока и организации многотарифного учета (количество тарифов – 4) электроэнергии на промышленных предприятиях и объектах.

Рис. 9.17. Структурная схема электронного счетчика

Схемы прямого подключения трехфазных счетчиков в электроустановках напряжением 380/220 В в четырехпроводных сетях, рассчитанные на номинальные токи 5; 10; 20; 50 А, представлены на рис. 9.18, включение счетчика через измерительные трансформаторы на рис. 9.19. Схема включения выполнена десятипроводной.

Рис. 9.18. Схема включения прямоточного счетчика СЭТ4-1

Рис. 9.19. Схема включения трехэлементного счетчика типа СА4У-И672М в четырехпроводную сеть с раздельными цепями тока и напряжения

Подключение каждого из трех измерительных элементов счетчика требует обязательного соблюдения полярности подключения токовых цепей и соответствия их своему напряжению. Обратная полярность включения первичной обмотки TA или его вторичной обмотки вызывает отрицательный вращающий момент, действующий на диск счетчика. Схема обеспечивает нормируемую погрешность измерений. Подключение нулевого провода обязательно.

Схемы включения счетчика реактивной энергии типа СР4У-И673 и счетчика активной энергии не отличаются (рис. 9.20). Токовые цепи этих счетчиков соединяются последовательно, цепи напряжения – параллельно. Схемы внутренних соединений счетчиков реактивной энергии и активной различны. За счет схемы внутренних соединений катушек, рассчитанных на напряжение 380 В, выполняется дополнительный 90°-й фазовый сдвиг между магнитными потоками.

Трехфазные трансформаторные универсальные счетчики СЭТА и СЭТ4 предназначены для измерения активной и реактивной энергии в трехфазных трех- и четырехпроводных цепях переменного тока 380/220 В, 50(60) Гц и используются для нужд энергетики на напряжение 100/57,7 В, а счетчики СТ1, СЭТ3, «ТРИО», «СОЛО» – для учета потребления активной и реактивной энергии в быту и на производстве.

Рис. 9.20. Схема включения счетчиков для измерения активной

и реактивной энергии в сети напряжением 380/220 В

Счетчики ЦЭ6807 предназначены для измерения активной энергии в однофазных двухпроводных сетях переменного тока 220 В, 40(60) Гц, могут использоваться в качестве датчиков приращения потребления энергии для дистанционных информационно-измерительных систем учета и распределения АСУКУЭ, там же нашли применение и счетчики ЭСч ТМ201. Однофазные однотарифные счетчики ЦЭ6807П, СЕ101, СЕ200, а также многотарифные счетчики СЕ102, СЕ201 предназначены для учета электроэнергии в бытовом и мелкомоторном секторах электропотребления, имеют защиту от недоучета и хищений электроэнергии.

Трехфазные однотарифные счетчики ЦЭ6803В, ЦЭ6804, СЕ300, СЕ302 предназначены для учета электроэнергии в трехфазных цепях переменного тока в бытовом, мелкомоторном и промышленном секторах электропотребления, а многотарифные ЦЭ6822, СЕ301, ЦЭ6850М, СЕ303, СЕ304 – в промышленных секторах электропотребления.

Счетчики электроэнергии многофункциональные микропроцессорные типов ЦЭ6850, ЦЭ6822,и другие подобных модификаций предназначены для измерения активной и реактивной электроэнергии и мощности в зависимости от функционального назначения. Функциональный набор параметров может быть следующий :

· коммерческий учет межсистемных перетоков, выработки и потребления электроэнергии в энергосистемах, на сетевых и промышленных предприятиях;

· учет мощности в региональных, территориальных сетевых и промышленных предприятиях, на предприятиях малого и среднего бизнеса, в жилищно-коммунальной среде;

· учет электроэнергии в промышленном и бытовом секторе (жилых и общественных зданиях, коттеджах, дачах, гаражах) при снабжении потребителей от трехфазной сети, в промышленных помещениях при снабжении потребителей от однофазной сети;

· технический и коммерческий учет генерации и потребления активной и реактивной энергии;

· регистрация суточного графика получасовых мощностей (нагрузок) с глубиной хранения до 45 суток;

· измерение мгновенных значений первичных параметров сети ();

· измерение реактивной мощности в составе АСКУЭ.

Измерительные преобразователи служат для преобразования измеряемой электрической величины (ток, напряжение, мощность, частота) в унифицированный выходной сигнал постоянного тока или напряжения или в частоту. Измерительные преобразователи применяются в системах автоматического регулирования и управления объектов электроэнергетики в различных отраслях промышленности, а также для контроля текущего значения измеряемых величин.

В области электроизмерительной техники высшего класса сложности применяются измерительно-вычислительные комплексы (ИВК), информационные измерительные системы (ИИС), предназначенные для получения, преобразования, хранения и представления измерительной информации.

Измерительно-вычислительный комплекс измеряет постоянные напряжения и выполняет преобразование аналоговых сигналов в цифровой код и цифро-аналоговое преобразование сигналов, поступающих по входным каналам.

Многофункциональные ИИС типа К734 предназначены для сбора, преобразования, измерения, представления, регистрации и запоминания информации различных параметров электрических сигналов.

К современным многофункциональным преобразователям относятся преобразователи типа ПЦ 6806, предназначенные для измерения активной и реактивной энергии в прямом и обратном направлениях (потребленной и возвращенной), частоты, тока, напряжения, активной и реактивной мощностей по каждой фазе сети. Они применяются для коммерческого и технического учета электроэнергии в составе АСКУЭ. В зависимости от назначения выполняют функции телеуправления, телесигнализации, индикацию измеренных и вычисленных параметров на встроенном цифровом индикаторе, фиксацию максимальной мощности в каждой тарифной зоне, архивирование параметров и событий с отметками реального времени и др.

Вопросы для самоконтроля

1. Какие виды погрешностей имеют измерительные трансформаторы тока и от чего они зависят?

2. Назовите основные конструктивныеособенности применяемых трансформаторов тока.

3. Объясните принцип работы измерительного трансформатора постоянного тока.

4. Какие существуют типы трансформаторов напряжения икаковы их особенности при применении в измерительных схемах?

5. Назовите классы точности трансформаторов напряжения и тока.

6. Назовите типы счетчиков, применяемых для учета активной и реактивной энергии.

7. Какие типы счетчиков применяются в системах АСКУЭ?

8. Назовите типы многофункциональных преобразователей.

9. Нарисуйте векторные диаграммы трансформатора напряжения.

10. Нарисуйте векторные диаграммы трансформатора тока.

11. Какие виды погрешностей имеют трансформаторы напряжения?

1. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию промышленных предприятий и общественных зданий / под общ. ред. С.И. Гамазина, Б.И. Кудрина, С.А. Цырука. М.: Издат. дом МЭИ, 2010. 745 с.: ил.

2. Ополева Г.Н. Схемы и подстанции электроснабжения: справочник/ Г.Н. Ополева: М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2006. 480 с.

3. Кужеков С.Л. Практическое пособие по электрическим сетям и электрооборудованию / С.Л. Кужеков, С.В. Гончаров. 4-е изд., доп. и перераб. Ростов н/Д.: Феникс, 2010. 492 с.: ил.

4. Герасименко А.А. Передача и распределение электрической энергии / А.А. Герасименко, В.Т. Федин 2-е изд. Ростов н/Д. 2008. 715 с.

5. Герасименко А.А. Передача и распределение электрической энергии: учеб. пособие / А.А. Герасименко, В.Т. Федин. 3-е изд., перераб. М.: КНОРУС, 2012. 648 с.

6. Миронов Ю.М . Электрооборудование и электроснабжение электротермических, плазменных и лучевых установок: учеб. пособие для вузов. Ю.М. Миронов, А.Н. Миронова. М.: Энергоатомиздат, 1991. 376 с.: ил.

7. Справочник по проектированию электроснабжения / под ред. Ю.Г. Барыбина и др. М.: Энергоатомиздат, 1990. 576 с.

8. Справочник по проектированию электрических сетей и электрооборудования / под ред. Ю.Г. Барыбина и др. М.: Энергоатомиздат, 1991. 464 с.: ил.

9. Васильев А.А . Электрическая часть станций и подстанций: учебник для вузов / А.А. Васильев, И.П. Крючков, Е.Ф. Наяшкова и др.; под ред. А.А. Васильева. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1990. 576 с.: ил.

10. Электрооборудование и электроснабжение электротермических установок: метод. указания к лаб. работам / сост. А.Н. Ми-ронова, Э.Л. Львова; Чуваш. ун-т. Чебоксары, 2011. 48 с.

11. Баптиданов Л.Н. Основное электрооборудование, схемы и конструкции распределительных устройств: учебник для энергетических техникумов / Л.Н. Баптиданов, В.И. Тарасов. Т.1. М.: Гос. Энергетич. изд-во, 1947. 399 с.

12. Электрооборудование электросварочных установок: метод. указания к лаб. работам / сост. Ю.П. Ананьин, Ю.М. Петросов. Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2013. 48 с.

13. Орлов Л.Л. Оптимизация структуры и технико-экономи-ческих характеристик цифровых подстанций / Релейная защита автоматизация, 02.06.2012. С. 66.

14. Дарьян Л.А. Цифровые измерительные трансформаторы. Новые подходы к разработке измерительного оборудования / Л.А. Дарьян, А.П. Петров, Н.Н. Дорофеев, А.В. Козлов. Релейная защита автоматизации, 04.12.2012. С.44.

15. Андреев В.А . Релейная защита и автоматика систем электроснабжения / В.А. Андреев. М.: Высш. шк., 2008. 640 с

16. Васильева В.Я . Эксплуатация электрооборудования электрических станций и подстанций: учеб. пособие / В.Я. Васильева, Г.А. Дробиков, В.А. Лагутин. Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2000. 864 с.

17. Миронова А.Н. Рациональная эксплуатация электротехнологических установок: учеб. пособие / А.Н. Миронова, И.А. Лавин. Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2008. 210 с.

18 . Правила устройства электроустановок. 7-е изд. СПб.: ДЕАН, 2004.

19. ГОСТ 7746-2001. Трансформаторы тока. Общие технические условия. М.: Изд-во стандартов, 2003.

20. ГОСТ 1983-2001. Трансформаторы напряжения. Общие технические условия. М.: Изд-во стандартов, 2003.

21. ГОСТ Р-52373-2005. Провода самонесущие изолированные и защищенные для воздушных линий электропередачи.

22. ТУ 16. К10-017-2003. Провода с защитной изоляцией для воздушных линий электропередачи напряжения 35 кВ / ОАО «Севкабель». 2003.

23. Кудрин Б.И. Электроснабжение промышленных предприятий: учебник для студентов высш. учеб. заведений / Б.И. Кудрин. 2-е изд. М.: Интермет Инжиниринг, 2006. 672 с. ил.

24. Кнорринг Г.М. Справочная книга для проектирования электрического освещения/ Г.М. Кнорринг, И.М. Фадин, В.Н. Си-доров. СПб.: Энергоатомиздат, 1992. 288 с.

25. Свенчанский А.Д. Электротехнологические промышленные установки: учебник для вузов / И.П. Евтюкова, Л.С. Кацевич, Н.М. Некрасова, А.Д. Свенчанский; под ред. А.Д. Свенчанского. М.: Энергоатомиздат, 1982. 399 с. ил.

26. Милютин В.С. Источники питания для сварки: учеб. пособие / В.С. Милютин, В.А.Коротков. Челябинск: Металлургия Урала, 1999. 368 с.

27. Верещаго Е.Н. Схемотехника инвертоных источников питания для дуговой сварки: учеб. пособие / Е.Н. Верещаго, В.Ф. Квасницкий, Л.И. Мирошниченко, И.В. Пентегов. Николаев: УГМТУ, 2000. 283 с.

28. Макарова И.В. Сварочный трансформатор или инвертор, что дороже? // И.В. Макаров. Ритм. 2009. №8 (46). Окт. С. 27.

29. Специализированные каталоги группы компаний «Вебер Комеханикс». 2007. №2.

30. Львова Э.Л. Оценка вероятностных характеристик высших гармоник тока группы дуговых электропечей / Э.Л. Львова. Автоматизированные электротехнологические установки и системы. Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 1989. С. 29-34.

31. Львова Э.Л. Анализ гармонического состава процесса плавления группы ДСП / Э.Л. Львова. Межреспубликанский науч.-техн. семинар литейщиков «Современные технологические процессы получения высококачественных отливок, повышения стойкости литейной оснастки и режущего инструмента». Чебоксары, 1987. С. 72.

32. Львова Э.Л. Определение реактивной мощности дуговых сталеплавильных печей / Э.Л. Львова, Н.Б. Иоша, Г.А. Немцев. Промышленная энергетика. 1991. №5. С. 39-42.

33. Львова Э.Л. Обоснование и разработка метода расчета мощности компенсирующих устройств при резкопеременной нагрузке / Э.Л. Львова, Г.А. Немцев, В.П. Шуцкий // Международный симпозиум «Горная техника на пороге 21 века». М., 1996. С. 469-480.

34. Львова Э.Л. Вопросы компенсации реактивной мощности в сетях с дуговыми печами. / Э.Л. Львова, А.Н. Миронова // 8-я Междунар. конф. по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики. Тула: ТулГУ, 2012. С. 503 – 508.

35. Фишлер Я.Л. Преобразовательные трансформаторы / Я.Л. Фишлер, Р.Н. Урманов. М.: Энергия, 1974. 224 с.: ил.

36. Чунихин А.А . Аппараты высокого напряжения / А.А. Чунихин, М.А. Жаворонков. М.: Энергоатомиздат, 1985.

37. Свенчанский А.Д. Источники питания и высоковольтные выключатели электротермических установок / А.Д. Свенчанский, М.Д. Бершицкий // VIII Всесоюз. совещание по электротермии и электротермическому оборудованию (Чебоксары, 3-5 июля 1985): тез. докладов: М.: Информэлектро, 1985. С.147-148.

38. Электроборудование электротехнологических установок: метод. указания к курсовому проектированию / сост. А.Н. Миронова, Е.Ю.Смирнова; Чуваш. ун-т. Чебоксары, 2003. 64 с.

39. Вагин Г.Я. Электромагнитная совместимость дуговых печей и систем электроснабжения / Г.Я. Вагин, А.А. Севастьянов, С.Н. Юртаев // Тр. Нижегород. гос. техн. ун-та им. Р.Е. Алексеева. 2010. № 2 (81). С. 202 – 210.

40. Игнатов И.И. Математическое моделирование электрических режимов дуговой сталеплавильной печи / И.И. Игнатов, А.В. Хаинсон // Электричество. 1985. № 8.

41. Драгунов В.К. Современное развитие ЭЛС/ В.К. Драгунов, А.Л. Гончаров// Специализированный журнал. 2009. № 8 (46). С. 28-30.

42. Львова Э.Л. Эффективное применение компенсирующих устройств в условиях промышленных предприятий / Э.Л. Львова, А.Н. Миронова // Социально-экономическое развитие России: опыт, перспективы и инновации: сб. науч. тр. / под ред. профессора О.Г. Максимовой. Чебоксары: ЧИЭМ СПб ГПУ, 2009. С. 286-290, 305.

Измерение и контроль тока и напряжения в условиях агропромышленного производства – наиболее распространенный вид измерений электрических величин. В зависимости от рода, частоты и формы кривой тока применяют те или иные методы и средства измерений и контроля тока и напряжения. Ток и напряжение непосредственно измеряют электромеханическими и цифровыми амперметрами и вольтметрами со стрелочными или цифровыми отсчетными устройствами. Применение метода сравнения с мерой позволяет измерять величины с меньшими погрешностями, чем непосредственно.

Измерения в цепях постоянного тока. В условиях производства и при научных исследованиях возникает необходимость в измерении и контроле в установках постоянного тока от 10 –17 до 10 6 А и напряжений от 10 –7 до 10 8 В . Для этого используют различные средства.

Малые токи и напряжения измеряют непосредственно приборами высокой чувствительности - магнитоэлектрическими гальванометрами.

Постоянные токи не более 200 мА измеряютмагнитоэлектрическими миллиамперметрами.

Непосредственное измерение и контроль напряжений (до 600 В ) в установках постоянного тока осуществляют магнитоэлектрическими вольтметрами.

Для регистрации токов и напряжений в цепях постоянного тока используют самопишущие приборы.

Измерения в цепях синусоидального тока связаны с определением среднего (средневыпрямленного), действующего (среднего квадратичного) и амплитудного (максимального) значений тока и напряжения. Поскольку все эти значения связаны между собой коэффициентами формыилии амплитуды или, можно измерив одно из них, определить другие. Для измерения средних значений применяют электронные и цифровые приборы. Для измерения действующих значений тока (до 100А ) и напряжения (до 600В ) в цепях синусоидального токапромышленной частоты применяют в основном электромагнитные приборы. Для измерения тока и напряжения в установках сповышенными частотами (например, в установках с ручным инструментом) электромагнитные приборы не используют из-за больших погрешностей измерений. Для этого применяют тепловые, электронные и цифровые приборы.Мгновенные значения токов и напряжений различной формы и частоты регистрируют с помощью самопишущих приборов и электронно-лучевых осциллографов.

В трехфазных системах токи и напряжения измеряют теми же приборами, что и в однофазных цепях. В симметричной трехфазной системе для контроля линейных токов и напряжений можно использовать один амперметр или вольтметр. В несимметричных системах для контроля линейных напряжений часто применяют один вольтметр с переключателем.

Независимо от способа и применяемого средства измерений и контроля тока и напряжения результаты измерений содержат погрешности, одна из составляющих которых обусловлена потреблением мощности измерительными приборами. Так, при включении амперметра с сопротивлением
в цепь с напряжениемU по цепи протекает ток меньший, чем до включения прибора. Если ток в цепи до включения амперметра(здесь– сопротивление цепи без прибора), а после его включения, то относительная погрешность измерения тока

Поэтому для измерения тока следует выбирать амперметр с возможно меньшим сопротивлением, а для измерения напряжения – вольтметр с возможнобольшим сопротивлением. В этом случае погрешности измерений будут минимальными.

О влиянии метрологических свойств вольтметров на оценку качества напряжения можно судить по следующему примеру. Действующими для сельских электрических сетей нормами допускаются колебания напряжения на входе потребителя до 5 % от номинального. Если для измерения напряжения в сети 22011В (с учетом колебания) использовать вольтметр класса точности 1,5 с диапазоном измерений 0...250В , то он может показать 22014,75В , что превышает нормируемое колебание на1,7%.

Изучение электроизмерительных приборов. Методы расширения пределов измерения электроизмерительных приборов.

Цели работы:

1. Ознакомиться с методами расширения пределов электроизмерительных приборов;

3. Изготовить омметр и провести измерение сопротивлений с его помощью.

Приборы:

1. Гальванометр (миллиамперметр 50-100-200мА);

2. Амперметр (1-2) А;

3. Вольтметр (15-60) В;

4. Реостат (30 Ом);

5. Магазин сопротивлений типа Р-33;

6. Источник напряжения (типа ВС-24);

7. Проволока для изготовления шунта (медь);

8. Масштабная линейка;

9. Микрометр;

10. Соединительные провода

Примечание : Технические характеристики приборов записать в рабочую тетрадь.

Введение

Электрические измерения

Средства измерений – это особые технические средства, приводимые во взаимодействие с материальным объектом. Результатом измерений является значение физической величины. Физические величины подразделяют на непрерывные (аналоговые) и дискретные (квантованные). Большинство физических величин являются аналоговыми (напряжение, сила тока, температура, длина и т.д.). квантованной величиной является, например, электрический заряд.

Измерительный прибор – средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для непосредственного восприятия наблюдателем.

Существуют следующие основные группы средств для измерения электрических, магнитных и неэлектрических физических величин:

Аналоговые электромеханические и электронные приборы

Цифровые измерительные приборы и аналого-цифровые преобразователи

Измерительные преобразователи электрических и неэлектрических величин в электрические сигналы

Регистрирующие приборы (самопишущие приборы, осциллографы, магнитографы и др.

Измерительные информационные системы и вычислительные комплексы и т.д.

Все приборы делятся на аналоговые измерительные приборы (например, электроизмерительный прибор с отсчетным устройством в виде стрелки, перемещающейся по шкале с делениями) и цифровые измерительные приборы (показания представляются в цифровой форме). Цифровые снабжены цифровым дисплеем, который показывает измеренное значение величины в виде числа. Цифровые приборы более точны, более удобны при снятии показаний и, в общем, более универсальны. В них измеряемая величина (например, напряжение) автоматически сравнивается с эталонной величиной, после ряда преобразований результат сравнения выдается на экран в виде светящегося числа. Цифровые универсальные измерительные приборы («мультиметры») и цифровые вольтметры применяются для измерения со средней и высокой точностью сопротивления постоянному току, а также напряжения и силы переменного тока.

Для самых точных измерений сопротивления и полного сопротивления (импеданса) существуют измерительные мосты и другие специализированные измерители. Для регистрации хода изменения величины во времени применяются региотрирующие приборы – ленточные самописцы и электронные осциллографы, аналоговые и цифровые. В цифровых измерительных приборах (кроме простейших) используются электронные блоки для преобразования входного сигнала в сигнал напряжения, который затем преобразуется в цифровую форму аналого-цифровым преобразователем (АЦП). Число, выражающее измеренное значение, выводится на светодиодный, вакуумный люминесцентный или жидкокристаллический индикатор (дисплей). Прибор обычно работает под управление встроенного микропроцессора, причем в простых приборах микропроцессор объединяется с АЦП на одной интегральной схеме.

Аналого-цифровые преобразователи. Существуют три основных типа АЦП: интегрирующий, последовательного приближения и параллельный. Интегрирующий АЦП усредняет входной сигнал по времени. Из трех перечисленных типов это самый точный, хотя и самый «медленный». Время преобразования интегрирующего АЦП лежит в диапазоне от 0,01 до 50 с и более, погрешность составляет 0,1 – 0,003 %. Погрешность АЦП последовательного приближения несколько больше (0,4 – 0,002 %), но зато время преобразования от ~ 10мкс до ~ 1мс.

Параллельные АЦП – самые быстродействующие, но и наименее точные: их время преобразования порядка 0,25 нс, погрешность – от 0,4 до 2%.

По роду измеряемой величины электроизмерительные приборы делят на следующие группы: амперметры (для измерения величины тока), вольтметры (для измерения напряжения), омметры (для измерения сопротивления), ваттметры (для измерения мощности), частотомеры (для измерения частоты), фазометры (для измерения сдвига фаз в электрических цепях) и т.д.

По способу представления результатов измерений приборы и устройства можно разделить на показывающие и регистрирующие. По методу измерения средства электроизмерительной техники можно разделить на приборы непосредственной оценки и приборы сравнения (уравновешивания). По способу применения и по конструкции электроизмерительные приборы и устройства делятся на щитовые, переносные и стационарные. По точности измерения приборы делятся на измерительные (в которых нормируются погрешности); индикаторы, или внеклассные приборы (погрешность измерений больше предусматриваемой соответствующими стандартами), и указатели (погрешность не нормируется).

По принципу действия или физическому явлению можно выделить следующие укрупненные группы: электромеханические, электронные, термоэлектрические и электрохимические. В зависимости от способа защиты схемы прибора от воздействия внешних условий корпуса приборов делятся на обыкновенные, водо-, газо-, и пылезащищенные, герметические, взрывобезопасные.

Измерение электрических величин

Гальванометр – электроизмерительный прибор с неградуированной шкалой, имеющий высокую чувствительность к току или напряжению и предназначенный для измерения весьма малых токов, напряжений, величины заряда. Используя комбинацию гальванометра с различными шунтами и добавочными сопротивлениями, можно изготовить приборы для измерения различных электрических величин (амперметры, вольтметры и т.д.)

Измерение токов

Для непосредственного измерения тока в цепи применятся амперметры, которые включаются в цепь так, чтобы через них проходил весь измеряемый ток, т.е. последовательно тем участкам цепи, где необходимо измерить ток. Амперметр должен иметь малое сопротивление, чтобы его включение в цепь не могло заметно изменить величину тока в цепи. Существуют четыре схемы включения амперметра в цепь. Первые две (рис. 1а, 16) предназначены для измерения постоянного тока, а две вторые схемы

( 1в,1г) – для измерения переменного тока.

Вторая и четвертая схемы (рис 16,1 г) применяются в тех случаях, когда номинальные данные амперметра меньше измеряемой величины тока. В этом случае при определении истинного значения тока нужно учитывать коэффициент преобразования.

Для расширения пределов измерения амперметра параллельно ему необходимо присоединить проводник, называемый шунтом. Признаком параллельного соединения является разветвление тока. В данном случае электрический ток I 0 разветвляется на два тока I 0 и I m (рис.2), где R r – сопротивление гальванометра (исходного амперметра), I r – ток, протекающий через гальванометр (исходный амперметр), R m – сопротивление шунта, I ш – ток, протекающий через шунт, I 0 - ток, измеряемый амперметром с шунтом («новый» прибор).

Из закона сохранения зарядов следует, что:

I a = I m +I a (1)

Напряжение при параллельном соединении в ветвях одинаково, поэтому можно записать:

U= I m R m =I a R a

Откуда следует, что

При параллельном соединении проводников токи в отдельных проводниках обратно пропорциональны их сопротивлениям, т.е. чем меньше сопротивление шунта по сравнению с сопротивлением приборов, тем большая часть измеряемого тока отводится через шунт.

Коэффициентом шунта называется число, показывающее, во сколько раз предельный ток, измеряемый амперметром с шунтом, больше предельного тока, измеряемого гальванометром (исходной амперметром) без шунта:

Разделив обе части равенства (1) на I r , получим:

Но, так как

Равенство (4) можно записать так:

n = R r / R ш +1

Отсюда сопротивление шунта равно:

Таким образом, чтобы измерить амперметром в n раз больший ток, необходимо взять сопротивление шунта в (n-1) меньше сопротивления исходного амперметра.

где ρ – удельное сопротивление материала шунта,

L - длина проводника

S = / 4 – площадь поперечного сечения проводника, из которого изготовлен шунт

d – диаметр проволоки

Обычно шунты изготавливают из манганина, имеющего большое удельное сопротивление и малый термический коэффициент сопротивления.

Измерение напряжений

Для измерения напряжений в цепи применяются вольтметры, которые включаются в цепь параллельно (к тем точкам цепи, между которыми измеряется напряжение). Вольтметр должен иметь очень высокое внутреннее сопротивление, чтобы не влиять заметно на режим исследуемой цепи. Измерение напряжения производится вольтметром. Здесь также возможны четыре различных схемы подключения прибора (рис.3).

В этих схемах также используются методы расширения пределов измерения напряжения (вторая и четвертая схемы рис.3б, 3г), для расширения предела измерения вольтметра последовательно с ним включается добавочное сопротивление R 0 (рис.4).

По закону Ома:

или (7)

(Документ)

Шпаргалки - Методы и средства измерений, испытаний и контроля (Шпаргалка)

Евтихиев Н.Н. и др. Измерение электрических и неэлектрических величин. Учебное пособие для вузов (Документ)

n1.doc

Контрольные вопросы:

1. 
   Устройства электромеханических преобразователей?
2. 
   По какому принципу классифицируется электромеханические преобразователи?
3. 
   Перечислите достоинства и недостатков магнитоэлектрических преобразователей?
4. 
   Перечислите достоинства и недостатков электромагнитных преобразователей?
5. 
   Перечислите достоинства и недостатков электродинамических преобразователей?
6. 
   Перечислите достоинства и недостатков ферродинамических преобразователей?
7. 
   Перечислите достоинства и недостатков электростатических преобразователей?
8. 
   Перечислите достоинства и недостатков индукционных преобразователей?
9. 
   Укажите обязательные функциональные узлы электромеханических приборов?

Лекция 8. Измерения при помощи мостов и компенсаторов электрических величин: сопротивления, емкости, угла, потерь, индуктивности, ЭДС и напряжения.

Мосты

Мосты постоянного и переменного тока нашли широкое применение для измерения параметров электрических цепей. Их основными достоинствами являются сравнительно высокая точность, высокая чувствительность и универсальность, т.е. возможность измерения различных величин.

Мосты применяются для измерения параметров электрических цепей (R, L, C), преобразования этих параметров в электрические сигналы и т.д. На рис. 10 показана простейшая мостовая схема – четырехплечий мост. Он содержит четыре комплексных сопротивления Z1, Z2, Z3 и Z4. В одну из диагоналей подключается источник питания , а в другую – сравнивающее устройство, в качестве которого могут быть использованы гальванометры. В зависимости от вида напряжения, питающего мостовую схему, различают мосты постоянного и переменного тока. Мосты постоянного тока применяются для измерения сопротивления постоянному току, а мосты переменного тока – для измерения индуктивности, емкости, добротности и угла потерь.

Мостовые цепи обладают одним важным свойством – при определенном соотношении сопротивлении плеч моста ток в диагонали
отсутствует, т.е.
. Такое состояние называется равновесием моста. Условие равновесия моста имеет вид

(8.1)

Для мостов постоянного тока, во все плечи которых включены лишь активные сопротивления, условия равновесия можно записать как

(8.2)

В мостах переменного тока комплексные сопротивления, входящие в плечи моста, можно записать в показательной форме
. Тогда для мостов переменного тока уравнение (8.1) можно представить в виде

Тогда условие равновесия мостов переменного тока примет вид

(8.3)

Таким образом, чтоб уравновесить мост переменного тока, необходимо иметь два регулируемых элемента, изменяющихся величину модуля и фазового сдвига.

Мосты постоянного тока делятся на одинарные и двоичные. Одинарными мостами измеряются сопротивление от 10 до 10 8 – 10 10 Ом. Значения измеряемого сопротивления можно вычислить, исходя из условия равновесия (9.1) по известным диагоналям трех остальных сопротивлений:

(8.4)

Плечо с резистором R3 называется плечом сравнения, а плечи с R2 и R4 – плечами отношения.

Нижний предел измерения одинарного моста ограничен тем, что при малом измеряемом сопротивлении R x большую погрешность вносят сопротивления соединительных проводов и контактов, включенных последовательных с измеряемым объектом. Для повышения точности измерении необходимо применять четырехзажимные и двойные мосты.

Для измерения малых сопротивлении от 10 -8 до 10 2 Ом используются двойные мосты (рис.11, а). Условия равновесия двойных мостов можно получить, произведя преобразование треугольника из резисторов R2, R3 и r в квивалентную звезду с резистороми R a , R b и R c (рис.11, б):

,
,

Тогда условие равновесия полученного одинарного моста запишется в виде

(8.5)

Практический воспользоваться этим уравнением трудно, так как, во- первых, входящее в уравнение (9.5) сопротивление r неизвестно и можно лишь приближенно оценить его величину, а во- вторых, само уравнение весьма громоздко и неудобно для расчетов. Поэтому с целью уменьшение влияния r на результаты измерения и упрощения уравнения (9.5) стараются уменьшить величину второго слагаемого, чтобы им можно было пренебречь без ущерба для точности измерения. Это достигается, если выполнить условие.

.

С этой целью обычно в двойных мостах делают, чтобы R1= R2 и R3= R4. Тогда уравнение (8.5) можно представить в виде

. (8.6)

Так как точность изготовления резисторов ограничена, в реальных мостах R1 и R2, R3 и R4 не могут быть выполнены абсолютно одинаковыми. Кроме того, в плечи моста входят также сопротивления соединительных проводов, точный учет которых затруднителен. Поэтому погрешность измерения, обусловленная ненулевым значением второго слагаемого в уравнении (7.5), будет тем меньше, чем меньше сопротивление r. Поэтому резистор r выполняется из короткого отрезка проводов большого сечения, а резисторы R1- R4 выбирают по возможности большими (не менее 10 – 100 Ом).

Так двойные мосты используют лишь для измерения сопротивлении от 10 -8 до 10 2 Ом, то падение напряжения на R x и R N очень малы и термо- ЭДС, возникающие в местах присоединения к плечам моста соединительных проводников, становятся соизмеримыми с этими падениями напряжения и вносят погрешность в результат измерения. Для исключения влияния термо – ЭДС уравновешивание моста производят дважды при двух направлениях тока. В качестве результата измерения берут среднее арифметическое из результата двух этих измерении.

Точность измерения сильно зависит от точности уравновешивания моста, которое зависит от чувствительности схемы. В общем виде под чувствительностью моста понимают отношение отклонения указателя гальванометра, вызываемого изменением сопротивления какого- либо из плеч предварительно уравновешенного моста к величине этого изменения R,

. (8.7)

Практически чувствительность моста определяется с помощью относительной чувствительности

, (8.8)

где
- относительное изменение сопротивления, выраженное в процентах.

Мосты переменного тока применяются для измерения индуктивности, добротности, емкости и тангенса угла потерь. Они могут быть использованы также для измерения активного сопротивления постоянному и переменному току. Параметры мостов подбирают таким образом, чтобы условия равновесия были независимы или зависимы от частот. В первом случае они называются частотно- независимыми, а во втором – частотно – зависимыми. На рис.12 приведены наиболее распространены схемы мостов переменного тока.

Мосты, представлены на рис. 4.3.а и 4.3.б применяются для измерения емкости и тангенса угла потерь конденсаторов с малыми (последовательная схема замещения) и большими (параллельная схема замещения) потерями. Уравновешивание реактивной составляющей с помощью резистора R4, а активной- R2. Для измерения индуктивности и добротности используются схемы, показанные на рис.12, в и 12, г. Для уравновешивания активной составляющей используется резистор R4, а реактивной – R2.

Для всех приведенных схем нетрудно заметить, что при измерении емкости и индуктивности все четыре схемы являются частотно – независимыми, а при измерении тангенса угла потерь и добротности – частотно- зависимыми.

Литература 1 осн , 3осн

Контрольные вопросы:

1. По какому принципу классифицируется мосты?

1. 
   По какому принципу классифицируется компенсаторы?
2. 
   Чем отличается уравновешенный мост от неуравновешенного?
3. 
   В чем заключается широкое применение мостовых схем?
4. 
   Каких физических величин можно измерить с помощью мостов?

Лекция 9. Измерения силы токов и напряжений. Измерения постоянных токов и напряжений. Измерение сопротивлений.

Измерения силы токов и напряжений

Токи и напряжения являются наиболее распространенными электрическими величинами, которые при­ходится измерять. Этим объясняется широкая номенклатура выпускаемых промышленностью средств измерений токов и на­пряжений. Выбор средства измерений может определяться со­вокупностью факторов: предполагаемым размером измеряемой величины, родом тока (постоянного или переменного), часто­той, требуемой точностью измерения, условиями проведения эксперимента (лабораторные, цеховые, полевые и т. п.), влиянием внешних условий (температуры, магнитного поля, вибраций и т. д.) и др.

Определение значений напряжений осуществляют, как пра­вило, прямыми измерениями; токов - кроме прямых измерений, широко используют косвенные измерения, при которых измеряет­ся падение напряжения U на резисторе с известным сопротивле­нием R , включенном в цепь измеряемого тока 1 Х . Значение тока находят по закону Ома: I X = U / R .

Из средств измерений, используемых для измерений токов и напряжений, наименьшим потреблением мощности из цепи измерений обладают компенсаторы (потенциометры), электрон­ные и цифровые приборы.

Среди электромеханических приборов наименьшую мощность потребляют магнитоэлектрические и электростатические приборы. Весьма малая мощность, потреб­ляемая из цепи измерений компенсаторами, позволяет измерять ими не только напряжения, но и ЭДС.

Диапазон измеряемых токов и напряжений весьма широк. Например, при биологических исследованиях, космических исследованиях, измерениях в вакууме необходимо измерять по­стоянные токи, составляющие доли фемтоампер (10 -15 А), а в мощных энергетических установках, на предприятиях цвет­ной металлургии, химической промышленности - токи, достига­ющие сотен килоампер. Для измерений токов и напряжений в таком широком диапазоне значений выпускаются различные средства измерений, обеспечива­ющие возможность измерений в определенных поддиапазонах. Средства измерений токов и напряжений делают, как правило, многопредельными. Для расширения пределов измерений тока применяют шунты и измерительные трансформаторы постоянно­го тока - в цепях постоянного тока и измерительные трансфор­маторы переменного тока - в цепях переменного тока. Для рас­ширения пределов измерений напряжения используют делители напряжения, добавочные резисторы и измерительные трансфор­маторы напряжения.

Весь диапазон измеряемых токов и напряжений можно услов­но разбить на три поддиапазона: малых, средних и больших значений. Наиболее обеспеченным средствами измерений явля­ется поддиапазон средних значений (ориентировочно: для то­ков - от единиц миллиампер до десятков ампер; для напряже­ний - от единиц милливольт до сотен вольт). Именно для этого поддиапазона созданы средства измерений с наименьшей по­грешностью измерения токов и напряжений. Это не случайно, так как при измерении малых и больших токов и напряжений возни­кают дополнительные трудности.

При измерении малых токов и напряжений эти трудности обусловлены термо-ЭДС в измерительной цепи, резистивными и емкостными связями измерительной цепи с посторонними ис­точниками напряжения, влиянием внешнего магнитного поля, шумами элементов измерительной цепи и другими причинами. Термо-ЭДС возникают в местах соединения разнородных метал­лов (в местах пайки и сварки проводников, в местах соприкосно­вения подвижных и неподвижных контактов переключателей и т. п.) вследствие неравномерного температурного поля средст­ва измерений.

Внешнее переменное магнитное поле тоже может внести су­щественные искажения за счет ЭДС, наводимых в проводах и других элементах цепи, соединяющей источник малой измеря­емой величины со средством измерений.

Полностью устранить влияние отмеченных факторов не уда­ется. Поэтому измерения малых токов и напряжений осуществля­ются с большей погрешностью.

Измерения больших токов и напряжений имеют свои осо­бенности и трудности. Например, при измерении больших посто­янных токов с использованием шунтов на шунтах рассеивается большая мощность, приводящая к значительному нагреву шун­тов и появлению дополнительных погрешностей. Для уменьшения рассеиваемой мощности и устранения перегрева необходимо уве­личивать габариты шунтов или применять специальные дополни­тельные меры по искусственному охлаждению. В результате шун­ты получаются громоздкими и дорогими. При измерении больших токов очень важно следить за качеством контактных соединений по которым протекает ток. Плохое качество контактного соедине­ния может не только исказить режим цепи и, следовательно, результат измерения, но и привести к обгоранию контакта за счет большой мощности, рассеиваемой на контактном сопротивлении. При измерении больших токов могут возникнуть дополнительные погрешности от влияния на средства измерений сильного магнит­ного поля, создаваемого вокруг шин протекающим током.

При измерении больших напряжений возрастают требования к качеству изоляционных материалов, применяемых в средствах измерений, как для уменьшения погрешностей, возникающих от токов утечки через изоляцию, так и для обеспечения безопасности обслуживающего персонала. Например, если для расширения пределов измерений используется делитель напряжения, то с уве­личением измеряемого напряжения сопротивление делителя нуж­но увеличивать. При измерении больших напряжений сопротивление делителя может оказаться сравнимым с сопротив­лением изоляции, что приведет к погрешности деления напряже­ния и, следовательно, к погрешности измерений.

Измерения постоянных токов и напряжений

Наивысшая точ­ность измерений постоянных токов и напряжений определяется точностью государственных первичных эталонов единицы силы постоянного электрического тока (ГОСТ 8.022-75) и единицы электродвижущей силы (ГОСТ 8.027-81). Государственные пер­вичные эталоны обеспечивают воспроизведение соответствующей единицы со средним квадратическим отклонением результата измерений (5 0), не превышающим 4-10 -6 для силы постоянного тока и 5-10 -8 для ЭДС, при неисключенной систематической погрешности (Э о), не превышающей, соответственно, 8 10 -6 и I -10 -6 . Из рабочих средств измерений постоянных токов и на­пряжений наименьшую погрешность измерений дают компенса­торы постоянного тока. Например, компенсатор (потенциометр) типа Р332 имеет класс точности 0,0005 и позволяет измерять постоянные ЭДС и напряжения в диапазоне от 10 нВ до 2,1211111 В. Постоянные токи измеряют с помощью компенсато­ров косвенно с использованием катушек электрического сопро­тивления. При использовании катушек электрического сопротив­ления типа Р324 класса точности 0,002 и компенсатора типа Р332 можно измерять токи с погрешностью не более ±0,0025 %. Компенсаторы используют при точных измерениях постоянных токов, ЭДС и напряжений и для поверки менее точных средств измерений.

Наиболее распространенными средствами измерений посто­янных токов и напряжений являются амперметры (микро-, милли-, килоамперметры) и вольтметры (микро-, милли-, киловольт-метры), а также универсальные и комбинированные приборы (например, микровольтнаноамперметры, нановольтамперметры и т. п.).

Для измерений весьма малых постоянных токов и напряже­ний применяют электрометры и фотогальванометрические прибо­ры. В качестве примера можно указать цифровые универсальные микровольтметры-электрометры типа В7-29 с диапазоном изме­рений постоянного тока от 10 -17 до 10 -13 А и типа В7-30 с диапа­зоном измерений тока от 10 -15 и до 10 -7 А. Примером фотогальванометрических приборов является нановольтамперметр типа Р341, имеющий наименьший диапазон измерений постоянных токов 0,5-0-0,5 нА и постоянных напряжений 50-0-50 нВ. При измерении малых и средних значений постоянных токов и напряжений наибольшее распространение получили цифровые и магнитоэлектрические приборы. Измерения больших постоян­ных токов осуществляют, как правило, магнитоэлектрическими килоамперметрами с использованием наружных шунтов, а весьма больших токов - с использованием трансформаторов постоянно­го тока.

Для измерений больших постоянных напряжений исполь­зуют магнитоэлектрические и электростатические киловольтметры. Измерения постоянных токов и напряжений можно выполнять и другими приборами. Следует иметь в виду, что электродинамические амперметры и вольтметры редко используют для технических измерений токов и напряжений в це­пях постоянного тока. Их чаще применяют (наряду с цифровыми и магнитоэлектрическими приборами высоких классов точности) в качестве образцовых приборов при поверке средств измерений более низкого класса точности.

Термоэлектрические приборы для измерения больших постоянных токов и напряжений неприменяется, так как применять их в цепях по­стоянного тока нецелесообразно из-за относительно большой мощности, потребляемой ими из цепи измерения.

Измерения переменных токов и напряжений

В основу изме­рений переменных токов и напряжений положены государствен­ный специальный эталон, воспроизводящий силу тока 0,01 - 10 А в диапазоне частот 40-1 10 5 Гц (ГОСТ 8.183-76), и госу­дарственный специальный эталон, воспроизводящий напряжение 0,1 - 10 В в диапазоне частот 20-3-10 7 Гц (ГОСТ 8.184-76). Точность этих эталонов зависит от размера и частоты вопроизводимых величин. Среднее квадратическое отклонение результата" измерений для эталона переменного тока S o =1 10 -5 -1 10 -4 при неисключенной систематической погрешности S о =3*10 - 4 -4,2*10 -4 . Для эталона переменного напряжения эти погрешно­сти равны, соответственно, S o ==5* 10 -6 - 5*10 -5 и S o = 1 10 -5

Рабочими средствами измерений переменных токов и напря­жений являются амперметры (микро-, милли-, килоамперметры), вольтметры (микро-, милли-, киловольтметры), компенсаторы переменного тока, универсальные и комбинированные приборы, а также регистрирующие приборы и электронные осциллографы.

Особенностью измерений переменных токов и напряжений является то, что они изменяются во времени. В общем случае изменяющаяся во времени величина может быть полностью пред­ставлена мгновенными значениями в любой момент времени. Переменные во времени величины могут быть также охарактери­зованы своими отдельными параметрами (например, амплиту­дой) или интегральными параметрами, в качестве которых ис­пользуют действующее значение где x { t ) - изменяющаяся во времени величина. Таким образом при измерении переменных токов и напряжений могут измеряться их действующие, амплитудные, средневыпрямленные, средние и мгновенные значения. В практике электрических измерений чаще всего приходится измерять синусоидальные переменные токи и напряжения, которые обычно характеризуются действую­щим значением. Поэтому подавляющее большинство средств измерений переменных токов и напряжений градуируются в дей­ствующих значениях для синусоидальной формы кривой тока или напряжения.

Измерения действующих значений переменных токов и на­пряжений осуществляют различными средствами измерений.

Малые переменные токи измеряют цифровыми, элек­тронными и выпрямительными приборами, малые переменные напряжения - электронными вольтметрами. Наиболее широкий диапазон измерений переменных токов при прямом включении средств измерений обеспечивают выпрямительные приборы. Они имеют относительно широкий диапазон и при измерении перемен­ных напряжений. Эти приборы делают, как правило, многопредельными. Следует также учесть, что эти приборы при отключе­нии выпрямителя используются как магнитоэлектрические прибо­ры для измерений постоянных токов и напряжений.

Переменные токи свыше килоампера и переменные напряже­ния свыше киловольта измеряют с помощью наружных измери­тельных трансформаторов тока или напряжения электромагнитными, выпрямительными и электродинамическими приборами. Измерения высоких переменных напряжений (до 75 кВ) при прямом включении средств измерений позволяют осуществлять электростатические киловольтметры, например киловольтметр типа С100.

В наиболее широком частотном диапазоне при измерении переменных токов работают термоэлектрические и электронные приборы, а при измерении переменных напряжений - электрон­ные и электростатические приборы. Термоэлектрические вольт­метры имеют ограниченное применение из-за большой мощно­сти, потребляемой ими из цепи измерения.

В наиболее узком частотном диапазоне работают электродинамические и электромагнитные приборы. Верхняя граница их частотного диапазона обычно не превышает единиц килогерц.

При измерениях действующих значений переменных токов и напряжений, форма кривой которых отличается от синусоидальной, возникает дополнительная погрешность. Эта погреш­ность минимальна у средств измерений, работающих в широкой полосе частот, при условии, что выходной сигнал этих средств определяется действующим значением входной величины. Наиме­нее чувствительны к изменению формы кривой переменных токов и напряжений термоэлектрические, электростатические и элек­тронные приборы.

Наиболее точные измерения действующих значений синусои­дальных токов и напряжений можно осуществить электродинами­ческими приборами, цифровыми приборами и компенсаторами переменного тока. Однако погрешность измерений переменных токов и напряжений больше, чем постоянных.

Отметим некоторые особенности измерений токов и напряже­ний в трехфазных цепях. В общем случае в несимметричных трехфазных цепях число необходимых средств измерений токов и напряжений соответствует числу измеряемых величин, если каждая измеряемая величина измеряется своим прибором. При измерениях в симметричных трехфазных цепях достаточно про­извести измерение тока или напряжения только в одной линии (фазе), так как в этом случае все линейные (фазные) токи и на­пряжения равны между собой. Связь между линейными и фазны­ми токами и напряжениями зависит от схемы включения нагруз­ки. Известно, что для симметричных трехфазных цепей эта связь определяется соотношениями: I л = Iф и U л =
при соедине­нии нагрузки звездой и I л =
Iф и U л =U ф при соединении на­грузки треугольником.

В несимметричных трехфазных цепях при измерениях токов и напряжений с помощью измерительных трансформаторов можно сэкономить на количестве исполь­зуемых измерительных трансформаторов.

Для примера на рис. 9.1, а приведена схема измерений трех линейных токов с ис­пользованием двух измерительных трансформаторов тока, а на рис. 9.1, б - аналогичная схема измерений линейных напряжений.

Рис. 9.1. Схема для измерения токов (а) и напряжений (б) в трехфазной цепи

Эти схемы основаны на известных соотношениях для трехфазных цепей: I А + I в + I с = 0 и U АВ + U вс + U СА = 0.

В схеме измерений токов токи I А и I в измеряются амперметрами А и Л2 с учетом коэффициентов трансформации К\ и Ki измерительных транс­форматоров тока, т. е. 1 А = К\1\ и I в = K 2 h - Амперметр А 3 вклю­чен таким образом, что через него течет сумма токов, т. е. Iз = = I 1 +I 2 . Если /Ci = /C 2 , то Kh = KIi + Kh = i A + i B "=- ic - Так как знак «минус» означает изменение фазы тока, а показания амперметров, как известно, не зависят от фазы измеряемого тока, то, следовательно, по показанию амперметра Аз можно опреде­лить ток 1 С =К1 3 . Следует иметь в виду, что для правильного суммирования токов необходимо следить за правильностью вклю­чения генераторных зажимов измерительных трансформаторов. Неправильное включение генераторных зажимов одного из транс­форматоров (в первичной или вторичной цепи) приведет к изме­нению фазы одного из суммируемых токов и результат получится неправильный.

Схема для измерений линейных напряжений рабо­тает аналогично. Подобные схемы могут быть использованы для измерения фазных токов и напряжений. Для измерений токов и напряжений в трехфазных цепях можно использовать средства измерений этих величин, предназначенные для однофазных це­пей. Кроме этих средств, промышленностью выпускаются специ­альные приборы для измерения в трехфазных цепях, позволяю­щие более быстро и удобно выполнить необходимые измерения.

Среднее значение переменного тока или напряжения характе­ризует постоянную составляющую, содержащуюся в измеряемом токе или напряжении. Для измерений средних значений перемен­ных токов и напряжений обычно применяют магнитоэлектриче­ские приборы.

Следует иметь в виду, что при измерении переменных токов и напряжений большое значение имеет частота измеряемой величины. Частотный диапа­зон измеряемых токов и напряжений весьма широк: от долей герца (инфранизкие частоты) до сотен мегагерц и более.

Измерение сопротивлений с помощью омметров

На практике зачастую не всегда обязательна высокая точность измерений сопротивления, емкости или индуктивности. В этом случае возможно использование электромеханических приборов с различными измерительными цепями, позволяющими измерить указанные параметры.

В приборах для непосредственного измерения сопротивления – омметрах (рис.9.2), в качестве измерительного механизма которых используется магнитоэлектрический механизм.

В схеме с последовательным включением измерительного сопротивления (рис.9.2,а) ток равен

,

а для параллельной схемы включения

Если использовать заранее известное напряжение, то шкала прибора может быть проградуирована в Омах. Так как напряжение с течением времени может изменяться, в омметрах данного типа необходимо вводить поправку, которая осуществляется регулировкой резистора R Д. В схеме последовательного омметра указатель устанавливается на нулевую отметку при замкнутом ключе S, а для параллельного омметра- при разомкнутом ключе S на отметку «». Омметры с последовательной схемой применяются для измерения сопротивлений от 10 до 10 5 Ом, с параллельной схемой – от 1 до 10-50 Ом.

В омметрах с логометрическим измерительным механизмом (рис.9.2,в) показания не зависит от питающего напряжения, так как отклонение подвижной части логометра пропорционально отношению токов, протекающих через обе части обмотки

Так как шкалы омметров неравномерны, то за нормирующее значение при определении их основной приведенной погрешности принимается длина шкалы и под цифрой, обозначающей класс точности, ставится знак «V» (например, 1,5).

Рис 9.2. Измерение сопротивлений омметрами

Измерение сопротивлений методом амперметра и вольтметра

Метод амперметра и вольтметра является косвенным методом измерения и применяется для ориентировочных измерений относительно малых сопротивлений. Значение измеряемого сопротивления R Х независимо от схемы включения (рис.9.2) подсчитывается, исходя из результатов измерений напряжения U и тока I, протекающего через R Х:

.

Точность измерения зависит от точности применяемых приборов и методической погрешности, обусловленной собственным потреблением амперметра и вольтметра.

В схеме (рис.9.3,а) вольтметр показывает падение напряжений на R Х и внутреннем сопротивлении r a амперметра, а амперметр- значение тока в цепи с R Х.

Рисунок 9.3 Измерения сопротивления методом вольтметра и амперметра

Относительная погрешность метода измерения составит

,

Где
- действительное значение измеряемого сопротивления.

Для схемы рис.9.3,б вольтметр показывает значение напряжения на зажимах R Х, а амперметр- сумму токов через R Х и обмотку вольтметра r v . Следовательно, относительная методическая погрешность будет равна

.

Включение приборов по схеме (рис.9.3,б) следует применять при R X

.

Литература 1 осн , 3 осн

Контрольные вопросы:

1. В чем заключается особенности измерения переменных токов и напряжении?

2. Какими методами можно измерить силы токов и напряжения переменного тока?

3. Как измеряют сопротивления косвенным путем?

Лекция 10. Измерение мощности и энергии в цепях постоянного и переменного тока. Измерение мощности. Измерения реактивной мощности, коэффициента мощности в цепях переменного тока.

Измерение мощности и энергии в цепях постоянного и переменного тока

В настоящее время необходимо измерять мощность и энергию постоянного тока, активную мощность и энергию однофазного и трехфазного переменного тока, реактив­ную мощность и энергию трехфазного переменного тока, мгновен­ное значение мощности, а также количество электричества в очень широких пределах. Так, мощность постоянного и одно­фазного переменного тока измеряют в диапазоне от 10 -18 до 10 10 Вт, причем нижний предел относится к мощности пе­ременного тока высоких частот радиотехнических устройств. Требуемая точность измерения мощности постоянного и перемен­ного тока различна для разных частотных диапазонов. Для постоянного и переменного однофазного и трехфазного тока при­мышленной частоты погрешность должна находиться в пределах ± (0,01- 0,1) %; при сверхвысоких частотах погрешность может быть выше ± (1 - 5 %).

Измерение мощности

Для измерения мощности в цепях постоянного и переменного однофазного тока применяют электродинамиче­ские и ферродинамические ваттметры.

Для точных измерений мощности постоянного и переменного тока на промышленной и повышенной частоте (до 5000 Гц) вы­пускают электродинамические ваттметры в виде переносных при­боров классов точности 0,1- 0,5.

Для измерений мощности в производственных условиях в це­пях переменного тока промышленной или более высоких фиксиро­ванных частот (400, 500 Гц) применяют щитовые ферродина­мические ваттметры классов точности 1,5-2,5.

Для измерений мощности на высоких частотах применяют термоэлектрические и электронные ваттметры.

При измерениях малых мощностей на сверхвысоких частотах возможно использование электрометров.

Для измерений мощности при больших токах и напряжениях ваттметры обычно включают через измерительные трансформа­торы тока и напряжения.

Находят применение также косвенные методы измерения мощности постоянного и однофазного переменного тока. Мощ­ность постоянного тока можно определить с помощью двух прибо­ров: амперметра и вольтметра, а мощность однофазного перемен­ного тока - с помощью трех приборов: амперметра, вольтметра и фазометра (или измерителя коэффициента мощности). При различных схемах включения приборов значения методических погрешностей измерения мощности оказываются различными, зависящими от соотношений сопротивлений приборов и нагрузки (аналогично погрешностям ваттметра). При косвенном измерении мощности необходимо производить одновременный отсчет по двум или трем приборам. Кроме того, при этом снижает­ся точность измерения за счет суммирования инструментальных погрешностей приборов. Например, прямые измерения мощности однофазного переменного тока могут быть проведены с наимень­шей погрешностью ±0,1 %, в то время как при косвенных измерениях мощности измерение только коэффици­ента мощности возможно с наименьшей погрешностью ±0,5 %, а следовательно, общая погрешность будет превышать ±0,5 %.

Измерение энергии постоянного тока осуществляют с по­мощью счетчиков постоянного тока.

Э
нергию однофазного переменного тока измеряют индукци­онными счетчиками электрической энергии.

Рисунок 10. 1 - Схема включения ваттметра электродинамической системы.

Электрическую энергию можно измерять также с помощью электронных счетчиков электрической энергии, не имеющих по­движных частей. Такие счетчики обладают лучшими метроло­гическими характеристиками и большей надежностью и являются перспективными средствами измерений электрической энергии. В цепях однофазного переменного тока измерение реактивной мощности и энергии выполняют обычно лишь при лабораторных исследованиях. При этом под реактивной мощностью понимают Q = UI sin ф. Реактивная мощность однофазной цепи может быть измерена как с помощью трех приборов (косвенный метод), так и специальным ваттметром, имеющим усложненную схему па­раллельной цепи с целью получения фазового сдвига между векторами тока и напряжения этой цепи, равного 90°.

Мощность в цепях переменного тока может измеряться:

1) косвенно, с помощью амперметра, вольтметра, фазометра:

P = U · I · cos ?

2) непосредственно с помощью ваттметра электродинамической (ферродинамической) системы (рисунок 1). Значения активной мощности в однофазной цепи переменного тока определяют по формуле:

,

где U –напряжения приемника, В; I – ток приемника, А;  - фазовый сдвиг между напряжением и током.

Из формулы видно, что мощность в однофазной цепи переменного тока можно определить косвенным путем, если включить три прибора: амперметр, вольтметр и фазометр.

Измерение активной мощности и энергии в трехфазных цепях

Втрехфазной системе независимо от схемы соединения нагрузки (треугольником или звездой) мгновенное значение мощности р системы равняется сумме мгновенных значений мощности от­дельных фаз:p=p 1 +p 2 +p 3

Активная мощность Р и энергия W за интервал времени At определяются, соответственно, выражениями:

Рис. 10.2. Схема измерения активной мощности в трехфазной цепи одним ваттметром при включении нагрузки звездой (а) и треугольником (б)

Где U ф, I ф - фазные напряжения и токи; cos ?- - косинус угла фазового сдвига между током и напряжением в фазах нагрузки; Т - период изменения переменного напряжения.

Для симметричной трехфазной системы, в которой все фазные и линейные напряжения, токи и углы фазового сдвига между напряжениями и токами равны между собой, эти уравнения при­мут вид:

Р=3U ф I ф cos ? = cos ? Л = U n l a cos ? ,

W =3 U ф I ф

где: U л , I л - линейные напряжения и токи; cos?- косинус угла фазового сдвига между током и напряжением в фазе нагрузки. При соединении нагрузки звездой (рис. 10.2, а) мгновенная мощность p = u AN i A + u BN i B + u CN i c , где u AN , u BN , u CN - мгновенные значения фазных напряжений; i A , i B , i c - мгновенные значения фазных токов. Учитывая что i A + i B + i C = 0 и U B С = = u BN - u CN , u AB = u AN - u BN и u СА = u CN - u AN , уравнение для мгновенного значения мощности трехфазной системы можно представить в трех формах: p = u AC i A - u BC i B ; p = u AB i A - u CB i c ; р = u BA i B - u CA i c .

Из вышеприведенных уравнений видно, что для измерения мощ­ности, а следовательно, и энергии трехфазной системы могут быть применены один прибор, два прибора или три прибора. Метод одного прибора основывается на использовании выражений Р=3U ф I ф cos ? и применяется в симметричных трехфазных системах. В асимметричной системе, в которой значения токов, напряжений и углов фазового сдвига неодинаковы, используется метод двух приборов.

Наконец, в самом общем случае, в том числе и в четырехпроводной асимметричной системе, применяется метод трех приборов.

Рассмотрим методы измерения мощности, что дает также представление и о методах измерения энергии.

Метод одного прибора. Если трехфазная система симметрич­на, а фазы нагрузки соединены звездой с доступной нулевой точкой, то однофазный ваттметр включают по схеме рис. 10.2, а и измеряют мощность одной фазы. Для получения мощности всей системы показания ваттметра утраивают. Можно также измерить мощность при соединении фаз нагрузки треугольником, но при условии, что последовательную обмотку ваттметра можно включить в одну из фаз нагрузки (рис. 10.2, б).

Если нагрузка включена треугольником или звездой с недо­ступной нулевой точкой, то применяют включение ваттметра с искусственной нулевой точкой (рис. 10.3, а), которая создается с помощью двух дополнительных резисторов с активным сопротивлением Ri и R .2. При этом необходимо чтобы R l = R 2 = Ru (Яи -сопротивление параллельной цепи ваттметра). На рис. 10.3, б показана векторная диаграмма, соответствующая схеме рис. 10.3, а. Напряжения U AN , V BN и U cw на параллельной обмотке и резисторах, образующих искусственную нулевую точ­ку, равны фазным напряжениям, показание ваттметра Р= U AN I A cos?.

Рис. 10.3. Схема измерения активной мощности в трехфазной цепи с ис­кусственной нулевой точкой (а) и векторная диаграмма (б).
Поскольку ваттметр показывает мощность одной фазы, для получения мощности всей системы показание ваттметра нужно утроить. То же самое будет и при соединении нагрузки звездой.

Для измерения энергии такая схема не применяется из-за большой индуктивности параллельной цепи счетчика.

Метод двух приборов. Этот метод применяют в асимметрич­ных трехпроводных цепях трехфазного тока. Имеется три варианта схемы включения двух приборов (рис. 10.4, а - в). Анализ работы ваттметров по этим схемам показывает, что в зависимости от характера нагрузки фаз знак показаний каждого из ваттметров может меняться. Активная мощность трехфазной системы в этом случае должна определять­ся как алгебраическая сумма показаний обоих ваттметров.

Рис. 10.4. Схемы включения двух ваттметров для измерения активной мощности трехфазной сети.

Метод трех приборов. В этом случае когда несимметричная нагрузка включается звездой с нулевым проводом, т. е. когда имеется асимметричная трехфазная четырехпроводная система, применяют три ваттметра, включенные по схеме рис. 10.5. При таком включении каждый из ваттметров измеряет мощность од­ной фазы. Полная мощность системы определяется как арифме­тическая сумма показаний ваттметров.

Рис. 10.5. Схема измерения активной мощности тремя ваттметрами.

Методы одного, двух и трех приборов применяют главным образом в лабораторной практике. В промышленных условиях применяют двух- и трехфазные ваттметры и счетчики, которые представляют собой сочетание в одном приборе двух-(двухэлементные) или трех-(трехэлементные) однофазных измеритель­ных механизма, имеющих общую подвижную часть, на которую действует суммарный вращающий момент всех элементов.

Рис. 10.6. Схема включения ваттметра (а) для измерения реактивной мощности в симметричной трехфазной сети и векторная диаграмма (б).

Измерение реактивной мощности и энергии в трехфазной цепи

Измерить реактивную мощность (энергию) трехфазной сети можно различными способами: при помощи обычных ваттметров (счетчиков), включаемых по специальным схемам, и при помощи реактивных ваттметров (счетчиков).

При полной симметрии трехфазной сети реактивную мощ­ность можно измерить одним ваттметром, включенным по схеме рис. 10.6, а. Показания ваттметра (с учетом векторной диаграм­мы рис. 10.6, б) P = U BC I A cos ? 1 = U л I л cos (90°-ф 1) = U л I л sin ? 1

Для определения реактивной мощности всей системы показа­ния ваттметра умножают на .

Схема с одним ваттметром даже при незначительной асимметрии системы дает большие погреш­ности. Лучшие результаты получают при измерении реактивной мощности двумя ваттметрами (рис. 10.7), и при этом сумма показаний ваттметров P 1 + P 2 = U BC I A cos ? 1 + U AB I c cos ? 2

Рис. 10.7. Схема включения двух ваттметров при измерении реактивной мощности в асимметричной трехфазной цепи.

Для получения мощности трехфазной системы сум­му показаний ваттметров умножают на.

При включении нагрузки по схеме треугольника приборы (ваттметры или счетчики) включаются аналогично изображенно­му на рис. 10.6, а и 10.7.

При измерении реактивной мощности и энергии в трехпроводной и четырехпроводной асимметричных сетях может быть применен один трехэлементный прибор или три прибора (ваттметра или счетчика) - рис. 10.8, а. Доказательство возможности измере­ния рассмотрим для частного случая. Сумма показаний приборов с учетом чередования фаз при включении параллельных обмоток так, как показано на рис. 10.8, a P 1 +P 2 +P 3 = U BC I A cos y 1 + + U CA I B cos y 2 + U AB I C cos y 3 .

Из векторной диаграммы (рис. 15-15,6) найдем? 1 = 90°- ? 1 ; ? 2 = 90°-? 2 ; ? з = 90°-? 3 .

Так как U AB = U BC = U CA = u л то Р 1 + Р 2 + Рз=и л (I A sin ? 1 + I B sin ? 2 + Iс sin? 3 .

Чтобы найти реактивную мощность системы, сумму показаний ваттметров не­обходимо разделить на
.

Рис. 10.8. Схема включения трех ваттмет­ров (а) для измерения реактивной мощности трехфазной (четырехпроводной) сети и векторная диаграмма (б).

Литература 1 осн , 3 осн ,

Контрольные вопросы:

1. Какими методами можно измерить активную мощность в трехфазной цепи?

2. Устройства и принцип действия индукционного счетчика электроэнергии?

3. Устройства и принцип действия ваттметра электродинамической системы?

4. Как можно определить значение cos в трехфазной цепи?
Лекция 11. Измерение электрических величин осциллографом. Электронно-лучевые осциллографы

Электронно-лучевые осциллографы

Электронно-лучевые осциллографы – приборы, предназначенные для визуального наблюдения форм исследуемых электрических сигналов. Кроме того, осциллографы могут применяться для измерения частоты, периода и амплитуды.

Основная деталь электронного осциллографа - электронно-лучевая трубка (см. рисунок 11.1), напоминающая по форме телевизионный кинескоп.

Экран трубки (8) покрыт изнутри люминофором - веществом, способным светиться под ударами электронов. Чем больше поток электронов, тем ярче свечение той части экрана, куда они попадают. Испускаются же электроны так называемой электронной пушкой, размещенной на противоположном от экрана конце трубки. Она состоит из подогревателя (нити накала) (1) и катода (2). Между “пушкой” и экраном размещены модулятор (3), регулирующий поток летящих к экрану электронов, два анода (4 и5), создающих нужное ускорение пучку электронов и его фокусировку, и две пары пластин, с помощью которых электроны можно отклонять по горизонтальной Y (6) и вертикальной X (7) осям.

Рисунок 11.1. Устройства электрннно-лучевой трубки.

Работает электроннолучевая трубка следующим образом:

На нить накала подают переменное напряжение, на модулятор постоянное, отрицательной полярности по отношению к катоду на аноды - положительное, причем на первом аноде (фокусирующем) напряжение значительно меньше, чем на втором (ускоряющем). На отклоняющие пластины подается как постоянное напряжение, позволяющее смещать пучок электронов в любую сторону, относительно центра экрана, так и переменное, создающее линию развертки той или иной длины (пластины Пх), а также ”рисующей” на экране форму исследуемых колебаний (пластины Пу).

Чтобы представить, как получается на экране изображение, экран трубки представим в виде окружности (хотя у трубки он может быть и прямоугольный) и поместим внутри нее отклоняющие пластины (см. рисунок 11.2). Если подвести к горизонтальным пластинам Пх пилообразное напряжение, на экране появится светящаяся горизонтальная линия - ее называют линией развертки или просто разверткой. Длина ее зависит от амплитуды пилообразного напряжения.

Если теперь одновременно с пилообразным напряжением, поданным на пластины Пх, подать на другую пару пластин (вертикальных - Пу), например, переменное напряжение синусоидальной формы, линия развертки в точности “изогнется” по форме колебаний и “нарисует” на экране изображение.

В случае равенства периодов синусоидального и пилообразного колебаний, на экране будет изображение одного периода синусоиды. При неравенстве же периодов на экране появится столько полных колебаний, сколько периодов их укладывается в периоде колебаний пилообразного напряжения развертки. В осциллографе имеется регулировка частоты развертки, с помощью которой добиваются нужного числа наблюдаемых на экране колебаний исследуемого сигнала.

Рисунок 11.2. Структурная схема осциллографа.

На рисунке изображена структурная схема осциллографа. На сегодняшний день существует большое число различных по конструкции и назначению осциллографов. По-разному выглядят их лицевые панели (панели управления), несколько отличаются названия ручек управления и переключатели. Но в любом осциллографе существует минимально необходимый набор узлов, без которых он не может работать. Рассмотрим назначение этих основных узлов (см. рисунок 11.3.). На примере осциллографа С 1-68.

Схема работает следующим образом.

Блок питания

Блок питания обеспечивает энергией работу всех узлов электронного осциллографа. На вход блока питания поступает переменное напряжение, как правило, величиной 220 В. В нем оно преобразуется в напряжения разной величины: переменное 6,3 В для питания нити накала электронно-лучевой трубки, постоянное напряжение 12-24 В для питания усилителей и генератора, около 150 В для питания оконечных усилителей горизонтального и вертикального отклонения луча, несколько сотен вольт для фокусировки электронного луча и несколько тысяч вольт для ускорения электронного пучка.

Из блока питания кроме выключателя питания, выведены на переднюю панель осциллографа регуляторы: “ФОКУСИРОВКА” и “ЯРКОСТЬ” При вращении этих ручек изменяются напряжения, подаваемые на первый анод и модулятор. При изменении напряжения на первом аноде, меняется конфигурация электростатического поля, что приводит к изменению ширины электронного луча. При изменении напряжения на модуляторе изменяется ток электронного луча (изменяется кинетическая энергия электронов), что приводит к изменению яркости свечения люминофора экрана.

Генератор развертки

Выдает пилообразное напряжение, частоту которого можно изменять грубо (ступенями) и плавно. На лицевой панели осциллографа они называются “ЧАСТОТА ГРУБО” (или “ДЛИТЕЛЬНОСТЬ РАЗВЕРТКИ”) и “ЧАСТОТА ПЛАВНО”. Диапазон частот генератора весьма широк - от единиц герц до единиц мегагерц. Около переключателя диапазонов проставлены значения длительности (продолжительности) пилообразных колебаний.

Рисунок 11.3. Устройство осциллографа С 1-68.

На рисунке: ВА- входной аттенюатор; ВК- входной каскад усилителя; ПУ- предварительный усилитель; ЛЗ- линия задержки; ВУ- выходной усилитель; К- калибратор; СБ- схема блокировки; УП- усилитель подсвета; СС- схема синхронизации; ГР- генератор развертки; ЭЛТ- электроннолучевая трубка.

Усилитель канала горизонтального отклонения

С генератора развертки сигнал подается на усилитель канала горизонтального отклонения (канала X). Этот усилитель необходим для получения такой амплитуды пилообразного напряжения, при которой электронный луч отклоняется на весь экран. В усилителе расположены регулятор длины линии развертки, на передней панели осциллографа он называется “УСИЛЕНИЕ X“ или “ АМПЛИТУДА X”, и регулятор смещения лини развертки по горизонтали.

Канал вертикальной развертки

Состоит из входного аттенюатора (делителя входного сигнала) и двух усилителей - предварительного и оконечного. Аттенюатор позволяет выбирать нужную амплитуду рассматриваемого изображения в зависимости от амплитуды исследуемых колебаний. С помощью переключателя входного аттенюатора, амплитуду сигнала можно уменьшить. Кроме того, на входе канала вертикального отклонения стоит переключатель 1, с помощью которого можно либо подавать на усилитель постоянную составляющую исследуемого сигнала, либо избавляться от нее включением разделительного конденсатора. Это в свою очередь, позволяет пользоваться осциллографом как вольтметром постоянного тока, способным измерять постоянные напряжения. Причем входное сопротивление канала Y достаточно высокое - более 1 МОм.

У генератора развертки есть еще один переключатель - переключатель режима работы развертки. Он также выведен на переднюю, панель осциллографа (на структурной схеме он не указан). Генератор разверток может работать в двух режимах: в автоматическом - генерирует пилообразное напряжение заданной длительности и в ждущем режиме - “ожидает” прихода входного сигнала, и с его появлением запускается. Этот режим бывает необходим при исследовании сигналов появляющихся случайно, либо при исследовании параметров импульса, когда его передний фронт должен быть в начале развертки. В автоматическом режиме работы случайный сигнал может появиться в любом месте развертки, что усложняет его наблюдение. Ждущий режим целесообразно применять во время импульсных измерений.

Синхронизация.

Если между генератором развертки и сигналом нет никакой связи, то начинаться развертка и появляться сигнал будут в разное время, изображение сигнала на экране осциллографа будет перемещаться либо в одну, либо в другую сторону - в зависимости от разности частот сигнала и развертки. Чтобы остановить изображение нужно “за синхронизировать” генератор, т.е. обеспечить такой режим работы, при котором начало развертки, будет совпадать с началом появления периодического сигнала на входе Y (скажем синусоидального). Причем синхронизировать генератор можно как от внутреннего сигнала (он берется с усилителя вертикального отклонения), так и от внешнего, подаваемого на гнезда “ВXОД СИНXР.”. Выбирают тот или иной режим переключателем S2 - ВНУТР.- ВНЕШН. синхронизация (на структурной схеме переключатель находится в положении “внутренняя синхронизация).

Принцип синхронизации поясняет диаграмма 11.4.

Для наблюдения высокочастотных сигналов, когда их частота во много раз превышает принципиально возможную частоту каналов усиления осциллографа, применяют стробоскопические осциллографы.

Принцип работы стробоскопического осциллографа поясняет следующая диаграмма.

Осциллограф работает следующим образом: Каждый период исследуемого напряжения u(t) формируется синхронизирующий импульс Uc, который запускает генератор развертки. Генератор развертки формирует напряжение пилообразной формы, которое сравнивается со ступенчато - нарастающим (на U) напряжением (см. диаграмму рис. 11.4). В момент равенства напряжений формируется строб – импульс, причем каждый последующий период строб – импульса увеличивается по отношению к предыдущему на величину t. В момент прихода строб – импульса формируется импульс выборки. Его амплитуда равна амплитуде исследуемого сигнала и выводится на экран осциллографа. Таким образом, на экране получается изображение в виде импульсов, амплитудная огибающая которых, соответствует исследуемому сигналу только “растянутому” во времени. Стробоскопические осциллографы применяются в телевизионной, радиолокационной и других видах высокочастотной техники.

Рисунок 11.4. Диаграмма принципа синхронизации.
Литература 1 осн , 3 осн , 3 доп

Контрольные вопросы:

1. По какому принципу классифицируется осциллографы?

1. 
   Основные функциональные части электронно-лучевого осциллографа?
2. 
   В чем заключается широкое применение осциллографов?
3. 
   Принцип работы электронно-лучевой трубки?
4. 
   Для измерения каких электрических величин может быть применен осциллограф?
5. 
   Что называется синхронизацией частот при измерении электрических величин с помощью ЭЛО?

Лекция 12. Измерение неэлектрических величин. Датчики неэлектрических величин. Преобразователи неэлектрических величин в электрические и их классификация.

Измерение неэлектрических величин

Неэлектрические величины приходится из­мерять при научных исследованиях, например при изучении но­вых физических явлений, космоса, океана, недр земли, при опре­делении состава и свойств веществ и новых материалов, при контроле и управлении технологическими производственными процессами, при контроле качества выпускаемой продукции и т. д.

В измерении большого числа неэлектрических величин нуждается сельское хозяйство, медицина, служба охраны окру­жающей среды.

Перечень различных электрических средств измерений, выпускаемых промышленностью и предназначенных для измерения неэлектрических величин, весьма обширен.

Ввиду большого разнообразия как выпускаемых средств измерений, так и числа неэлектрических величин, которые необхо­димо измерять, невозможно рассмотреть измерения всех или даже значительного числа этих величин. Поэтому здесь рассматриваются измерения только некоторых величин, наиболее часто встречающихся в промышленности и при научных исследованиях. Например, необходимость измерения температуры, определение концентрации газообразных и жидких сред, давления жидкостей и газов встречается в химических производствах, в газовой и нефтяной промышленности, металлургии, теплоэнергетике, пище­вой промышленности, в сельском хозяйстве, медицине, в службах охраны окружающей среды и т. п.

Датчики неэлектричесих величин

Для электрических измерений не электрических величин применяются специальные датчики. Принцип их действия основан на различных физических явлениях. Основной квалификационной характеристикой является заложенный физический принцип измерения и построения датчиков.

Р
езистивные датчики – преобразуют измеряемую величину в омическое сопротивление. Наиболее часто такие датчики применяются для измерения перемещений, для измерения уровня жидкости и пр. На первом этапе измеряемая величина преобразуется в перемещение движка переменного резистора. Общий вид и рабочие характеристики резистивного датчика показаны на рисунке.

При этом R1+R2=R 0 .

Если обозначить Х- угловое или линейное перемещение движка тогда: .

Резистивные преобразователи применяются в системах, где прилагаемое усилие 10 -2 Н. Величина перемещения 2 мм. Частота питания 5 Гц.

Тензодатчики – используют для исследования механических напряжений.

Простейший тензодатчик представляет из себя пленку с наклеенной на нее проволокой очень маленького диаметра 0.02…0.03 мм. Ширина наклейки – а; Длина проволоки – l. Датчик крепится к исследуемой поверхности. При деформациях изменяется длина провода и, следовательно его сопротивление. По этим изменениям судят о деформациях объекта. Рисунок датчика приведен ниже.

Пьезо резистивные преобразователи сил давления и деформации.

Устройство датчика следующее: между металлизированными обкладками находится пьезо чувствительный элемент. Если приложить силу к обкладкам, сопротивление элемента будет изменяться (на практике это изменения бывают в несколько раз). По изменению сопротивления судят о приложенной силе или деформации. Устройство датчика показано на рисунке.

Размеры датчика: высота
Статическое сопротивление Rстат=10…10 8 Ом.

Магнитоупругие датчики – применяют для измерения больших сил (F=10 5 …10 6 Н). Датчик устроен следующим образом: В диэлектрическом материале большой твердости залиты две взаимно перпендикулярные катушки. Если на первую катушку подать переменное напряжение, на второй катушке будет индуцироваться ЭДС равная нулю. В случае приложения к датчику силы, происходит деформация материала, в следствие чего изменяется пространственное положение катушек и на второй катушке появляется ЭДС отличная от нуля. Устройство датчика показано на рисунке.

Электромагнитные датчики перемещения и деформаций

Принцип действия этих датчиков основан на взаимодействии магнитных потоков. О величине перемещения или деформации судят по изменению тока в катушке индуктора. Различные схемы электромагнитных датчиков приведены на рисунке.

На рисунке а показан датчик линейных перемещений. На рисунке б – угловых перемещений. Для повышения точности измерений применяют трансформаторную схему подключения (рис.12.1, в) и дифференциальную схему (рис.12.1,г).

Рисунок 12.1. Электромагнитные датчики перемещения и деформаций

Преобразователи неэлектрических величин в электрические и их классификация

По назначению ИП делятся на преобразователи механических, тепловых, химических, магнитных, биологических и других физических величин.

Принцип действия генераторного преобразователя основан на том или ином физическом явлении, обеспечивающем преобразование соответствующей измеряемой величины в электрическую форму энергии. Наиболее важные из этих физических эффектов, используемых для построения генераторных преобразователей, приведены в таблице 12.1, а принципы их технической реализации иллюстрируют схемы, приведенные на рисунке 12.1.

По принципу действия ИП делятся на генераторные и параметрические.

Преобразователь, реализующий термоэлектрический эффект (термопара), содержит два проводника М1 и М2 различной химической природы (рисунок 1.3,а). Если температуру одного 01 места соединения (спая) проводников сделать отличной от температуры 02 другого, то в цепи появится термоЭДС, являющаяся разностью функций температур спаев. ТермоЭДС Е будет пропорциональна измеряемой температуре 01 при постоянной температуре 02 (соответствующий нерабочий спай термопары помещен в среду с постоянной температурой, равной, например, 0°С).

Таблица 12.1

В преобразователе с пироэлектрическим эффектом определенные кристаллы, называемые пироэлектриками (например, триглицин сульфата), испытывают спонтанную электрическую поляризацию, зависящую от их температуры. В этом случае на двух противолежащих поверхностях преобразователя появляются электрические заряды противоположных знаков, пропорциональные этой поляризации (рисунок 12.3,б).

Поглощенный кристаллом поток излучения приводит к росту его температуры и соответствующему изменению поляризации, которое определяется по изменению напряжения на зажимах конденсатора. В преобразователе с пироэлектрическим эффектом изменение механического напряжения в кристалле пироэлектрика, например кварца, приводит к деформации, вызывающей появление на противолежащих гранях кристалла одинаковых по величине электрических зарядов противоположного знака (рисунок 12.3,в). Таким образом, измерение силы или приводимых к ней величин (давление, ускорение) осуществляется измерением напряжения между зажимами пироэлектрика.

В преобразователе, использующем явление электромагнитной индукции, при перемещении проводника в постоянном магнитном поле возникает ЭДС, пропорциональная скорости его перемещения и значению магнитного потока (рисунок 12.3,г). При воздействии переменного магнитного поля на неподвижный замкнутый контур в нем индуцируется ЭДС, равная по значению (и противоположная по знаку) скорости изменения магнитного потока. При перемещении источника магнитного поля (например, магнита) относительно неподвижного контура в нем также будет возбуждаться ЭДС. Таким образом, измерение ЭДС электромагнитной индукции позволяет определить скорость перемещения объекта, механически связанного с подвижным элементом электромагнитного преобразователя.

Рисунок 12.2 - Классификация измерительных преобразователей неэлектрических величин в электрические.

В преобразователях используется и фотоэлектрические эффекты, различные по своим проявлением, но объединенные общей причиной их возникновения – освобождением электрических зарядов в веществе под действием светового или, в более общем случае, электромагнитного излучения, длина волны которого меньше некоторого порогового значения, являющегося характеристикой чувствительного материала (рис 12.3,д).

Преобразователь на основе фотоэлектромагнитного эффекта. Приложение магнитного поля, перпендикулярного падающему излучению, вызывает в освещенном полупроводнике появления электрического напряжения в направлении по нормали к полю и падающему излучению.

Фотоэлектрические эффекты являются основой фотометрии и обеспечивают передачу информации, носителем которой является свет.

Преобразователь на основе эффекта Холла. При пропускании электрического тока через образец (пластину) полупроводника, находящийся в однородном магнитном поле (вектор магнитной индукции B составляет угол с направлением тока I), в направлении, перпендикулярном полю, возникает ЭДС U x

где К Н - зависит от типа проводимости и размеров пластины (рис 12.3, е).

Преобразователь Холла используют для измерения перемещении объектов, а так же величин преобразуемых в перемещении, например давления. Постоянный магнит преобразователя механически связывают с объектом, и при смещении магнита пропорционально изменяется выходное напряжения преобразователя (при этом ток постоянен).

Параметрические преобразователи

В параметрических преобразователях некоторые параметры выходного комплексного сопротивления могут изменяться под воздействием измеряемой величины. Комплексное сопротивление преобразователя, с одной стороны, обусловлено геометрией и размерами его элементов, а с другой - свойствами материалов: удельным сопротивлением, магнитной проницаемостью и диэлектрической постоянной.

Изменения комплексного сопротивления могут быть, таким образом, вызваны воздействием измеряемой величины либо на геометрию и размеры элементов преобразователя, либо на электрические и магнитные свойства его материала, либо, что реже, на то и на другое одновременно. Геометрические размеры преобразователя и параметры его комплексного сопротивления могут изменяться, если преобразователь содержит подвижный или деформирующийся элемент.

Каждому положению подвижного элемента преобразователя соответствует определенное комплексное сопротивление, и измерение его параметров позволяет узнать положение элемента. На этом принципе работает большое число преобразователей положения и перемещения объектов: потенциометрических, индуктивных с подвижным сердечником, емкостных.

эффекты: а - термоэлектрический; б - пироэлектрический; в - пьезоэлектрический; г - электромагнитной индукции; д - фотоэлектрический; е – Холла

Рисунок 12.3 - Примеры использования физических явлений для построения генераторных преобразователей

Деформация является результатом действия силы (или величины, с ней связанной, - давления, ускорения) на чувствительный элемент преобразователя.

Изменение комплексного сопротивления преобразователя, вызванное деформацией чувствительного элемента, вызывает изменение соответствующего электрического сигнала в специальной измерительной схеме, в которую этот преобразователь включают.

Электрические свойства материала и состояние чувствительного элемента преобразователя зависят от переменных физических величин: температуры, давления, влажности, освещенности и т.д. Если меняется только одна из величин, а остальные поддерживаются постоянными, то можно оценить существующее однозначное соответствие между значениями этой величины и комплексным сопротивлением преобразователя. Это соответствие описывается градуировочной кривой. Зная градуировочную кривую, по результатам измерения комплексного сопротивления можно определить соответствующее значение измеряемой величины.

В таблице 12.2 приведен ряд физических эффектов, связанных с преобразованием неэлектрических величин с помощью параметрических преобразователей. Среди них следует специально отметить резистивные преобразователи.

Полное сопротивление параметрического преобразователя и его изменения можно измерить, включив преобразователь в специальную электрическую цепь, содержащую источник питания и схему формирования сигнала. Наиболее часто используются измерительные схемы следующих видов:

Потенциометрическая схема, содержащая соединенные параллельно источник напряжения и преобразователь-потенциометр;

Мостовая схема, разбаланс которой характеризует изменение комплексного сопротивления преобразователя;

Колебательный контур, включающий в себя полное сопротивление преобразователя (при этом контур является частью генератора колебаний и определяет его частоту);

Операционный усилитель, в котором сопротивление преобразователя является одним из элементов, определяющим коэффициент его усиления.

Комбинированные преобразователи

При измерениях некоторых неэлектрических величин не всегда удается преобразовать их непосредственно в электрическую величину. В этих случаях осуществляют двойное преобразование исходной (первичной) измеряемой величины в промежуточную неэлектрическую величину, которую преобразуют затем в выходную электрическую величину. Совокупность двух соответствующих измерительных преобразователей образует комбинированный преобразователь (рисунок 12.4).

Рисунок 12.4- Структурная схема комбинированного преобразователя.
Подобные преобразователи удобны для измерения механических величин, вызывающих в первичном преобразователе деформацию или перемещение выходного элемента, к которым чувствителен вторичный преобразователь.

Давление, например, можно измерить с помощью мембраны, служащей первичным преобразователем, деформация которой преобразуется в электрическую величину преобразователем, реагирующим на механическое смещение.

Генераторные измерительные преобразователи :

Индукционные измерительные преобразователи

Принцип действия генераторного преобразователя основан на том или ином физическом явлении, обеспечивающем преобразование соответствующей измеряемой величины в электрическую форму энергии.

Индукционным измерительным преобразователем называется преобразователь, принцип действия которого основан на законе электромагнитной индукции. Преобразователь имеет катушку. При воздействии входной величины на преобразователь изменяется потокосцепление катушки с внешним по отношению к катушке магнитным полем:

где w – число витков катушки; Ф – проходящий через катушку магнитный поток; S - площадь поперечного сечения катушки; B – магнитная индукция.

При этом в катушке наводится ЭДС:

ЕДС в катушке может наводиться при изменении во времени любой из перечисленных величин w, S, B.

В качестве примера рассмотрим преобразователь, которой представляет собой магнитную систему с постоянным магнитом, в воздушном зазоре которой перемещается катушка (рис. 12.5).

При движении катушки в направлении Х изменяется площадь сечения катушки, находящейся

В магнитном поле,
.

Это приводит к изменению потокосцеплении и в катушке наводится ЭДС:

Индукционные преобразователи служат для преобразования линейной
или угловой
скорости перемещения катушки относительно магнитного поля в ЭДС. Они преобразует механическую энергию линейного или углового перемещения катушки в электрическую энергию.

Преобразователи скорости и вибрации

Индукционные преобразователи генерируют ЭДС только при перемещении катушки в магнитном поле. По этой причине преобразователи этого типа могут служить для преобразования линейной скорости в ЭДС при небольших линейных перемещениях. Они обычно применяются для измерения скорости вибрации, когда ее амплитуда не превышает нескольких сантиметров.

А - преобразователь линейных вибраций; б - преобразователь угловых вибраций,

Рисунок 12.6 - Примеры индукционных преобразователей.

Одно из конструктивных решений преобразователя скорости вибрации показано на рисунке 12.6,а. Преобразователь имеет кольцевой магнит I, расположенный внутри стального ярма 2. Магнитный поток от постоянного магнита проходит по центральному цилиндрическому сердечнику через воздушный зазор и полюсной наконечник 3 с цилиндрической расточкой. В цилиндрическом воздушном зазоре находится намотанная на каркас измерительная катушка 4, которая может перемещаться в воздушном зазоре вдоль оси преобразователя

Измерительную катушку 4 условно можно разделить на три части (см. рисунок 12.6,а). Часть I находится вне магнитопровода и магнитный поток в нее не заходит, т.е. ЭДС в этой части катушки не индуцируется. Часть II находится в воздушном зазоре, образованном полюсными наконечниками и цилиндрическим сердечником. Магнитный поток, пронизывающий витки этой катушки, не изменяется во времени, число витков также остается постоянным. В этой части катушки ЭДС также не наводится. Часть Ш катушки находится вне воздушного зазора, но внутри магнитной системы. Магнитный поток, проходящий через витки этой катушки, также постоянен, но при вибрации катушки изменяется число витков. Изменение числа витков приводит к изменению потокосцепления и наводит ЭДС. Витки катушки обычно наматываются равномерно. При этом ЭДС преобразователя пропорциональна скорости вибрации.

Индукционные преобразователи могут применяться и для измерения угловой виброскорости. Схема такого преобразователя показана на рисунке 12.5,6. Он состоит из постоянного магнита 1, полюсных наконечников 2, цилиндрического стального сердечника 3 и катушки 4. Устройство преобразователя аналогично устройству магнитоэлектрического измерительного механизма. При повороте катушки вокруг оси сердечника ее потокосцепление с полем постоянного магнита изменяется и в ней индуцируется ЭДС, пропорциональная угловой скорости перемещения объекта измерения.

Тахометрические преобразователи

Преобразователи этого типа представляют собой электромашинные генераторы. В качестве примера рассмотрим синхронный преобразователь с вращающимся постоянным магнитом (рисунок 3.3,а).

ЭДС индуцируется в данном преобразователе за счет изменения магнитного потока, создаваемого постоянным магнитом при его вращении. Частота его выходного сигнала равна или кратна частоте вращения вала. Преобразователь состоит из статора 1, на котором намотана обмотка, и ротора 2 с закрепленным на нем постоянным магнитом. Статор выполнен в виде полюсных наконечников, изготовленных из магнитомягкого материала, с цилиндрической расточкой. При вращении магнита изменяется магнитный поток, проходящий через обмотку, и в ней индуцируется переменная ЭДС. Амплитуда и частота ЭДС пропорциональны частоте вращения ротора. Частота выходного сигнала определяется соотношением
, где n - частота вращения, об/мин; р - число пар полюсов.

На рисунке приведена схема тахометрического преобразователя постоянного тока с возбуждением от постоянного магнита, расположенного на статоре 1. измерительная обмотка расположена на роторе 2, в которой при вращении образуется переменная ЭДС, снимаемая с вращающегося ротора с помощью коллектора 3 и скользящих по нему щеток. При этом переменная ЭДС выпрямляется.

а- с неподвижной катушкой и подвижным магнитом; б – с подвижной катушкой и неподвижным магнитом.

Рисунок 12.7 - Устройство тахометрических преобразователей.

При подключении измерительного прибора к преобразователю последний отдает в измерительную цепь некоторую электрическую мощность, которая оказывается прямо пропорциональной механической мощности. Механическая мощность определяется соотношением:

,

здесь?- угловая частота вращения ротора; М- необходимый для этого момент, связанный с электрической мощностью выражением:

где - КПД.

Из приведенных соотношении видно, что с увеличением ЭДС генерируемой с преобразователем, увеличивается механическая мощность на его валу.

Литература 1 осн

Контрольные вопросы:

1. Как классифицируется преобразователи неэлектрических величин в электрические?

2. На какой физический принцип основана работа тахометрических преобразователей?

1. 
   Перечислите достоинства и недостатков параметрических преобразователей?
2. 
   Что такое датчик?
3. 
   На какой принцип основано принцип действия тензодатчиков?
4. 
   Для чего применяется пъезодатчики?
5. 
   Перечислите достоинства и недостатков генераторных преобразователей?
6. 
   Чем объясняется широкое применение электрических измерении неэлектрических величин?

Современные технические устройства представляют собой совокупность большого числа так называемых «комплектующих изделий», объединенных электрическими, электронными, оптоэлектронными, механическими связями в узлы, блоки, системы, комплексы для решения тех или иных задач. Электронные автоматизированные системы управления и другие устройства могут включать в себя тысячи, десятки и даже сотни тысяч комплектующих изделий. При этом изменения параметров (свойств) одного или нескольких изделий влияют на качество функционирования других взаимодействующих, присоединенных изделий. Любое изделие имеет, к сожалению, не безграничный ресурс и срок службы. Его параметры с течением времени, раньше или позже, начинают изменяться постепенно, а иногда под влиянием внешних воздействий и скоротечно.

Наличие связей между элементами вызывает соответствующее изменение какого-то общего параметра совокупности соединенных комплектующих изделий. При некотором уровне изменения одного или нескольких параметров узел (блок, система, комплекс) теряет свою работоспособность. Чтобы предотвратить потерю работоспособности или восстановить утраченное качество технического устройства, необходимо количественно оценить его основные параметры или параметры его блоков, узлов, даже отдельных комплектующих изделий.

Параметры любых технических устройств, режимы их работы представляются наборами числовых значений совокупности физических величин (электрических, линейно-угловых, тепловых, оптических, акустических и др.). Значения физических величин в данный момент работы технического устройства объективно существуют, но неизвестны, если их не измерить. Следовательно, определение неизвестных числовых значений физических величин и является целью измерений.

Правильность определения значения измеряемой физической величины зависит от качества применяемых средств измерений, являющихся также техническими устройствами, способными измерить ту или иную физическую величину с заранее известной точностью.

В процессе эксплуатации радиоэлектронных комплексов, автоматизированных систем управления для поддержания работоспособности приходится периодически последовательно или одновременно измерять большое число физических величин со значительными пределами изменения в широком диапазоне частот. Прежде всего, практически в каждом сеансе работы сложного технического устройства необходимо контролировать соответствие значений физических величин установленным значениям или пределам (допускам). Подобный контроль параметров и характеристик для определения возможности нормального функционирования технических устройств, связанный с нахождением значений физических величин, называется измерительным. В ряде случаев нет необходимости определять (с заданной точностью) числовые значения физических величин: часто требуется фиксировать только наличие какого-либо сигнала или нахождение параметра в широком поле допуска (не меньше, не больше и т. д.). В таких случаях производится качественная оценка параметров технического устройства, а процесс оценки называется качественным контролем или просто контролем. При контроле часто применяют цветовую индикацию (цвет сигнала указывает оператору на соответствие параметра определенной границе). В ряде случаев для контроля применяют так называемые индикаторы - средства измерений с низкими точностными характеристиками.

Принципиальные различия между измерительным контролем и качественным заключается в следующем: в первом случае измеряемая физическая величина оценивается с заданной точностью и в широком диапазоне ее возможных значений (диапазоне измерений). Любое из полученных при измерении значений физической величины всегда вполне определенно и может быть сопоставлено с заданным значением; во втором случае оцениваемая физическая величина может принимать любое значение (в широком диапазоне ее возможных значений), которое является неопределенным, за исключением одного (или двух), когда значение физической величины становится равным верхней (нижней) границе поля допуска (этот момент сопровождается световым или другим сигналом). Если в качестве индикатора при контроле применяют средство измерений, то соответствующие значения физической величины получают вполне определенными, но без гарантии точности результата контроля, так как индикаторы не подлежат периодической поверке.