SOBRE O ASSUNTO:

"MEDIDAS ELÉTRICAS"

Introdução

O desenvolvimento da ciência e da tecnologia sempre esteve intimamente ligado ao progresso no campo das medições. A grande importância das medições para a ciência foi enfatizada por alguns cientistas.

G. Galileu: "Medir tudo o que está disponível para medição e tornar acessível tudo o que lhe é inacessível."

DI. Mendeleev: "A ciência começa assim que eles começam a medir, Ciências Exatas impensável sem medida.

Kelvin: "Tudo é conhecido apenas na medida em que pode ser medido."

As medições são uma das principais formas de entender a natureza, seus fenômenos e leis. Cada nova descoberta no campo das ciências naturais e técnicas é precedida por grande número várias medições. (G. Ohm - lei de Ohm; P. Lebedev - pressão leve).

Um papel importante é desempenhado pelas medições na criação de novas máquinas, estruturas e na melhoria da qualidade do produto. Por exemplo, durante o teste do maior gerador de turbina de bancada do mundo 1200 MW, criado na Associação de Leningrado "Elektrosila", as medições foram feitas em 1500 de seus vários pontos.

As medições elétricas de grandezas elétricas e não elétricas desempenham um papel particularmente importante.

O primeiro dispositivo de medição elétrica do mundo "indicador de força elétrica" ​​foi criado em 1745 pelo acadêmico G.V. Rokhman, associado de M.V. Lomonossov.

Era um eletrômetro - um dispositivo para medir a diferença de potencial. No entanto, somente a partir do segundo metade do século XIX século em conexão com a criação de geradores de energia elétrica, surgiu a questão do desenvolvimento de vários instrumentos de medição elétrica.

A segunda metade do século 19, início do século 20, - engenheiro elétrico russo M.O. Dolivo-Dobrovolsky desenvolveu um amperímetro e um voltímetro, um sistema eletromagnético; mecanismo de medição por indução; Fundamentos de dispositivos ferrodinâmicos.

Ao mesmo tempo, o físico russo A.G. Stoletov - a lei da mudança na permeabilidade magnética, sua medição.

Ao mesmo tempo, o acadêmico B.S. Jacobi - dispositivos para medir a resistência de um circuito elétrico.

Então - D.I. Mendeleev - a teoria exata dos pesos, a introdução do sistema métrico de medidas na Rússia, a organização de um departamento para testar instrumentos de medição elétricos.

1927 - Leningrado construiu a primeira fábrica doméstica de fabricação de instrumentos "Elektropribor" (agora - Vibrador - produção de contadores).

30 anos - fábricas de instrumentos foram construídas em Kharkov, Leningrado, Moscou, Kyiv e outras cidades.

De 1948 a 1967, o volume de produção de instrumentos aumentou 200 vezes.

Nos planos quinquenais subsequentes, o desenvolvimento da fabricação de instrumentos prossegue em um ritmo invariavelmente superior.

Principais conquistas:

– Dispositivos analógicos para avaliação direta de propriedades melhoradas;

– Dispositivos de controle de sinalização analógica de perfil estreito;

– Capacitores semiautomáticos de precisão, pontes, divisores de tensão, outras instalações;

– Instrumentos de medição digitais;

– Aplicação de microprocessadores;

– Computador de medição.

A produção moderna é impensável sem meios modernos Medidas. Os equipamentos de medição elétrica estão sendo constantemente aprimorados.

Na instrumentação, as conquistas da eletrônica de rádio, tecnologia da computação e outras conquistas da ciência e tecnologia são amplamente utilizadas. Cada vez mais, microprocessadores e microcomputadores estão sendo usados.

O estudo da unidade curricular "Medições eléctricas" visa:

– Estudo do dispositivo e do princípio de funcionamento dos instrumentos elétricos de medição;

- Classificação dos instrumentos de medição, familiaridade com os símbolos nas escalas dos instrumentos;

– Técnicas básicas de medição, seleção de certos instrumentos de medição dependendo do valor medido e dos requisitos de medição;

– Conhecimento das principais direções da instrumentação moderna.

1 . Conceitos básicos, métodos de medição e erros

por mediçãoé chamado de encontrar os valores de uma quantidade física empiricamente com a ajuda de meios técnicos especiais.

As medições devem ser feitas em unidades geralmente aceitas.

significa medições elétricas chamados de meios técnicos usados ​​em medições elétricas.

Existem os seguintes tipos de instrumentos de medição elétrica:

– Instrumentos elétricos de medição;

– Transdutores de medição;

– Instalações elétricas de medição;

- Medindo Sistemas de informação.

a medida chamado de instrumento de medição projetado para reproduzir uma quantidade física de um determinado tamanho.

instrumento de medição elétrica chamado de meio de medidas elétricas, projetado para gerar sinais de informação de medição de forma acessível à percepção direta do observador.

transdutor de medição chamado de meio de medições elétricas, projetado para gerar sinais de medição de informações em uma forma conveniente para transmissão, transformação posterior, armazenamento, mas não passível de percepção direta.

Instalação de medição elétrica consiste em uma série de instrumentos de medição e dispositivos auxiliares. Com sua ajuda, você pode fazer medições mais precisas e complexas, verificação e calibração de instrumentos, etc.

Medindo sistemas de informação são um conjunto de instrumentos de medição e dispositivos auxiliares. Projetado para receber automaticamente informações de medição de várias de suas fontes, para sua transmissão e processamento.

Classificação de medição :

uma). Dependendo do método de obtenção do resultado, direto e indireto :

Direto chamadas medições, cujo resultado é obtido diretamente de dados experimentais (medição de corrente com um amperímetro).

Indireto são chamadas medições, nas quais o valor desejado não é medido diretamente, mas é encontrado como resultado do cálculo de acordo com fórmulas conhecidas. Por exemplo: P=U·I, onde U e I são medidos por instrumentos.

b). Dependendo da totalidade dos métodos de uso dos princípios e meios de medição todos os métodos são divididos em métodos métodos de avaliação e comparação direta .

Método de avaliação direta– o valor medido é determinado diretamente do dispositivo de leitura do dispositivo de medição ação direta(medição de corrente com um amperímetro). Este método é simples, mas tem baixa precisão.

Método de comparação- o valor medido é comparado com o conhecido (por exemplo: medir a resistência comparando-a com uma medida de resistência - uma bobina de resistência exemplar). O método de comparação é dividido em zero, diferencial e substituição .

Nulo- o valor medido e conhecido atuam simultaneamente no dispositivo de comparação, zerando suas leituras (por exemplo: medição de resistência elétrica com ponte balanceada).

Diferencial- um comparador mede a diferença entre o valor medido e o valor conhecido.

método de substituição– o valor medido é substituído na configuração de medição por um valor conhecido.

Este método é o mais preciso.

Erros de medição

Os resultados da medição de uma quantidade física fornecem apenas seu valor aproximado devido a várias razões. O desvio do resultado da medição do valor real da quantidade medida é chamado de erro de medição.

Distinguir absoluto e relativo erro.

Erro absoluto medição é igual à diferença entre o resultado da medição Au e o valor real da grandeza medida A:

Correção: sim=A-Ai

Assim, o verdadeiro valor da quantidade é: A=Au+dA.

Você pode descobrir o erro comparando as leituras do dispositivo com as leituras do dispositivo exemplar.

Erro relativo medição g A é a razão entre o erro de medição absoluto e o valor real da quantidade medida, expresso em%:

%

Exemplo: O dispositivo mostra U=9,7 V. O valor real de U=10 V determina DU e g U:

ÄU=9,7–10=–0,3 V g U =

%=3%.

Os erros de medição têm sistemático e aleatório componentes. Primeiro permanecem constantes durante medições repetidas, eles são determinados, e sua influência no resultado da medição é eliminada através da introdução de uma correção . Segundo mudar aleatoriamente e não podem ser identificados ou eliminados .

Na prática de medições elétricas, o conceito é mais frequentemente usado erro reduzido rp:

Esta é a razão do erro absoluto para o valor nominal da quantidade medida ou para último dígito de acordo com a escala do instrumento:

%

Exemplo: DU = 0,3 V. O voltímetro é projetado para 100 V. g p \u003d?

g p \u003d 0,3 / 100 100% \u003d 0,3%

Os erros de medição podem ser devidos a :

uma). Instalação incorreta do dispositivo (horizontal, em vez de vertical);

b). Contabilidade incorreta do ambiente (umidade externa, tє).

dentro). Influência de campos eletromagnéticos externos.

G). Leituras imprecisas, etc.

Na fabricação de instrumentos elétricos de medição, são utilizados determinados meios técnicos que proporcionam um ou outro nível de precisão.

O erro devido à qualidade da fabricação do dispositivo é chamado - erro básico .

De acordo com a qualidade de fabricação, todos os dispositivos são divididos em classes de precisão : 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0.

A classe de precisão é indicada nas escalas dos instrumentos de medição. Denota o erro máximo básico permitido reduzido do instrumento:

%.

Com base na classe de precisão ao verificar o dispositivo, é determinado se ele é adequado para operação posterior, ou seja, se corresponde à sua classe de precisão.

A economia de energia e a eficiência energética da indústria não podem ser imaginadas sem medições elétricas, pois é impossível economizar o que você não conhece o número.

As medições elétricas são realizadas em um dos seguintes tipos: direta, indireta, cumulativa e conjunta. O nome da vista direta fala por si, o valor do valor desejado é determinado diretamente pelo dispositivo. Um exemplo de tais medições é a determinação de potência com um wattímetro, corrente com um amperímetro, etc.

visão indiretaé encontrar o valor com base em dependência conhecida esse valor e o valor encontrado pelo método direto. Um exemplo é a determinação da potência sem um wattímetro. Pelo método direto, as fases I, U, são encontradas e a potência é calculada pela fórmula.

Visualizações cumulativas e conjuntas as medições consistem na medição simultânea de várias grandezas semelhantes (cumulativas) ou não semelhantes (conjuntas). Encontrar os valores desejados é realizado resolvendo sistemas de equações com coeficientes obtidos como resultado de medições diretas. O número de equações em tal sistema deve ser igual ao número de quantidades procuradas.

Medições diretas como o tipo mais comum de medição pode ser feito por dois métodos principais:

• método de avaliação direta
• método de comparação de medidas.

O primeiro método é o mais simples, pois o valor do valor desejado é determinado na escala do instrumento.

Este método determina a intensidade da corrente com um amperímetro, a tensão de voltímetros, etc. Dignidade este método pode ser chamado de simplicidade, e a falta de baixa precisão.

As medições por comparação com uma medida são realizadas usando um dos seguintes métodos: substituição, oposição, coincidência, diferencial e zero. Uma medida é uma espécie de valor de referência de uma certa quantidade.

Métodos diferenciais e nulos– são a base para a operação de pontes de medição. Com o método diferencial são feitas pontes indicadoras desbalanceadas, e com o método zero, balanceadas ou zero.

Em pontes balanceadas, a comparação ocorre com o auxílio de duas ou mais resistências auxiliares, selecionadas de tal forma que com as resistências comparadas elas formam um circuito fechado (rede de quatro terminais), alimentados por uma única fonte e com pontos equipotenciais detectados por o indicador de equilíbrio.

A relação entre as resistências auxiliares é uma medida da relação entre os valores comparados. O indicador de equilíbrio em circuitos CC é um galvanômetro e em circuitos CA um milivoltímetro.

O método diferencial também é chamado de método de diferença, pois é a diferença entre a corrente conhecida e a desejada que afeta o instrumento de medição. O método nulo é um caso limite método diferencial. Por exemplo, no circuito de ponte indicado, o galvanômetro mostra zero se a igualdade for observada:

R1*R3 = R2*R4;

Desta expressão segue:

Rx=R1=R2*R4/R3.

Assim, é possível calcular a resistência de qualquer elemento desconhecido, desde que os outros 3 sejam exemplares. Uma fonte exemplar de corrente contínua também deve ser.

Método de contraste- caso contrário, esse método é chamado de compensação e é usado para comparar diretamente tensão ou EMF, corrente e indiretamente para medir outras grandezas que são convertidas em elétricas.

Dois EMFs de direção oposta que não estão interconectados são ligados ao dispositivo, ao longo dos quais os ramos do circuito são balanceados. Na figura: é necessário encontrar Ux. Com a ajuda de uma resistência ajustável exemplar Rk, tal queda de tensão Uk é alcançada de modo que seja numericamente igual a Ux.

Sua igualdade pode ser julgada pelas leituras do galvanômetro. Se Uki Ux for igual, a corrente no circuito do galvanômetro não fluirá, pois elas são direcionadas de forma oposta. Conhecendo a resistência e a magnitude da corrente, determinamos Uх pela fórmula.

método de substituição- um método no qual o valor desejado é substituído ou combinado com um valor exemplar conhecido, igual em valor ao substituído. Este método é usado para determinar a indutância ou capacitância de um valor desconhecido. Uma expressão que determina a dependência da frequência nos parâmetros do circuito:

fo=1/(√LC)

À esquerda, a frequência f0 definida pelo gerador de RF, à direita, os valores da indutância e capacitância do circuito medido. Ao selecionar a ressonância de frequência, pode-se determinar os valores desconhecidos no lado direito da expressão.

O indicador de ressonância é um voltímetro eletrônico com uma grande resistência de entrada, cujas leituras no momento da ressonância serão as maiores. Se o indutor medido estiver conectado em paralelo com o capacitor de referência e a frequência ressonante for medida, o valor de Lx pode ser encontrado a partir da expressão acima. Da mesma forma, a capacidade desconhecida é encontrada.

Primeiro, o circuito ressonante, consistindo de uma indutância L e uma capacitância exemplar Co, é sintonizado para ressonância em uma frequência fo; ao mesmo tempo, os valores de fo e a capacitância do capacitor Co1 são fixos.

Então, paralelamente ao capacitor exemplar Co, um capacitor Cxi é conectado alterando a capacitância do capacitor exemplar para obter ressonância na mesma frequência fo; consequentemente, o valor desejado é igual a Co2.

Método de correspondência- um método no qual a diferença entre o valor desejado e o conhecido é determinada pela coincidência de marcas de escala ou sinais periódicos. Um exemplo marcante da aplicação deste método na vida é a medição velocidade angular rotação de várias peças.

Para fazer isso, uma marca é aplicada ao objeto medido, por exemplo, com giz. Quando a peça com a marca gira, um estroboscópio é direcionado a ela, cuja frequência de piscamento é conhecida inicialmente. Ao ajustar a frequência do estroboscópio, a marca é mantida no lugar. Neste caso, a velocidade de rotação da peça é igual à frequência de intermitência do estroboscópio.

PALESTRA # 1

Tema:INSTRUMENTOS ELÉTRICOS E MEDIÇÕES ELÉTRICAS

1. Informações gerais sobre eletro medindo instrumentos

Os instrumentos de medição elétrica são projetados para medir diversas grandezas e parâmetros de um circuito elétrico: tensão, corrente, potência, frequência, resistência, indutância, capacitância e outros.

Nos diagramas, os instrumentos de medição elétrica são representados por símbolos gráficos convencionais de acordo com GOST 2.729-68. A Figura 1.1 mostra as designações gerais dos instrumentos de indicação e registro.

Arroz. 1.1 Condicional símbolos gráficos instrumentos elétricos de medição.

Para indicar a finalidade do instrumento de medição elétrica em sua designação geral insira o símbolo de especificação estabelecido nas normas ou a designação da letra das unidades de medida do dispositivo de acordo com GOST de acordo com a Tabela 1.1.

Tabela 1.1

Nome unidades	Símbolo	Nome unidades	Símbolo
		Miliamperes
		microamp
		Milivolt
		Quilowatt
Fator de potência

2. Instrumentos de medição eletromecânicos

De acordo com o princípio de operação, os dispositivos eletromecânicos são divididos em dispositivos de sistemas magnetoelétricos, eletromagnéticos, ferrodinâmicos, de indução e eletrostáticos. Os símbolos dos sistemas são dados na tabela. 1.2. Os dispositivos mais utilizados são os três primeiros tipos: magnetoelétrico, eletromagnético, eletrodinâmico.

Tabela 1.2

Tipo de instrumento	Símbolo	Tipo de corrente medida	Vantagens	Imperfeições
elétrico		Constante	Alta precisão, uniformidade de escala	Não resistente à sobrecarga
magnético		Variável constante	Simplicidade do dispositivo, resistente a sobrecargas	Baixa precisão, sensível ao ruído
dinâmico		Variável constante	Alta precisão	sensibilidade baixa, sensível à interferência
Indução		Variável	Alta confiabilidade, resistente a sobrecarga	Baixa precisão

3. Campos de aplicação de dispositivos eletromecânicos

Dispositivos magnetoelétricos: amperímetros e voltímetros de painel e de laboratório; indicadores zero para medições em circuitos de ponte e compensação.

Em instalações industriais de CA de baixa frequência, a maioria dos amperímetros e voltímetros são instrumentos do sistema eletromagnético. Instrumentos de laboratório da classe 0,5 e mais podem ser fabricados para medir correntes e tensões contínuas e alternadas.

Mecanismos eletrodinâmicos são usados ​​em laboratório e instrumentos exemplares para medir correntes, tensões e potências contínuas e alternadas.

Os dispositivos de indução baseados em mecanismos de indução são usados ​​principalmente como medidores de energia CA monofásicos e trifásicos. Por acurácia, os contadores são divididos em classes 1.0; 2,0; 2.5. O medidor de CO (medidor monofásico) é usado para contabilizar a energia ativa (watt-hora) em circuitos monofásicos. Para medir a energia ativa em circuitos trifásicos, são utilizados medidores indutivos de dois elementos, cujo mecanismo de contagem leva em consideração os quilowatts-hora. Para contabilizar a energia reativa, são utilizados medidores indutivos especiais, que apresentam algumas alterações no arranjo do enrolamento ou no circuito de comutação.

Medidores ativos e reativos são instalados em todos os empreendimentos para liquidação com as entidades fornecedoras de energia para a eletricidade utilizada.

O princípio de escolha de instrumentos de medição

1. Determine os valores máximos de corrente, tensão e potência no circuito calculando o circuito. Muitas vezes, os valores das grandezas medidas são conhecidos antecipadamente, por exemplo, a tensão da rede ou da bateria.

2. Dependendo do tipo de valor medido, corrente contínua ou alternada, selecione o sistema do dispositivo. Para medições técnicas de corrente contínua e alternada, são selecionados os sistemas magnetoelétrico e eletromagnético, respectivamente. Em medições de laboratório e precisas, um sistema magnetoelétrico é usado para determinar correntes e tensões contínuas, e um sistema eletrodinâmico é usado para determinar corrente e tensão alternadas.

3. Selecione o limite de medição do dispositivo para que
o valor medido estava na última, terceira parte da escala
dispositivo.

4. Dependendo da precisão de medição necessária, escolha uma classe
precisão do instrumento.

4. Formas de incluir dispositivos no circuito

Amperímetros são conectados em série com a carga no circuito, voltímetros - em paralelo, wattímetros e contadores, como tendo dois enrolamentos (corrente e tensão), são conectados em série - em paralelo (Fig. 1.2.).

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Arroz. 1.3. Formas de expandir os limites de medição dos instrumentos.

O preço de divisão de amperímetros, voltímetros, wattímetros multi-limite é determinado pela fórmula:

P" no dígito mais significativo) e altere a polaridade do sinal de entrada quando o sinal "-" piscar no dígito mais significativo.

Erro de medição do multímetro VR-11 A.

Tensão DC: ±(0,5% Ux +4 dígitos).

Tensão CA: ±(0,5% Ux + 10 dígitos),

onde Ux - leitura do instrumento;

zn. - unidade de baixa ordem.

Vantagens dos dispositivos eletrônicos: alta impedância de entrada, que permite medições sem afetar o circuito; ampla variedade medições, alta sensibilidade, ampla faixa de frequência, alta precisão de medição.

6. Erros de medições e instrumentos de medição

É costume caracterizar a qualidade das médias e resultados de medição indicando seus erros. Existem cerca de 30 tipos de erros, definidos na literatura de medição. Deve-se ter em mente que os erros dos instrumentos de medição e os erros dos resultados da medição não são conceitos idênticos. Historicamente, alguns dos nomes da variedade de erros foram atribuídos aos erros de instrumentos de medição, outros aos erros de resultados de medição, e alguns são aplicados a ambos.

As formas de apresentar o erro são as seguintes.

Dependendo das tarefas a serem resolvidas, vários métodos de representação do erro são usados, na maioria das vezes são usados ​​absolutos, relativos e reduzidos.

Erro absoluto – medido nas mesmas unidades que o valor medido. Caracteriza a magnitude do possível desvio do valor real do valor medido em relação ao valor medido.

Erro relativoé a razão entre o erro absoluto e o valor da quantidade. Se quisermos determinar o erro ao longo de todo o intervalo de medição, devemos encontrar o valor máximo da razão ao longo do intervalo. É medido em unidades adimensionais.

Classe de precisãoé o erro relativo, expresso em porcentagem. Normalmente, os valores da classe de precisão são selecionados no intervalo: 0,1; 0,5: 1,0; 1,5; 2,0; 2,5 etc

Os conceitos de erros absolutos e relativos se aplicam tanto a medições quanto a instrumentos de medição, e o erro reduzido avalia apenas a precisão dos instrumentos de medição.

O erro de medição absoluto é a diferença entre o valor x medido e seu valor chi verdadeiro:

Normalmente, o valor real da grandeza que está sendo medida é desconhecido, e em vez dele em (1.1) o valor da grandeza medida por um instrumento mais preciso, ou seja, com um erro menor que o instrumento que dá o valor de x, é substituído . O erro absoluto é expresso em unidades do valor medido. A fórmula (1.1) é usada na verificação de instrumentos de medição.

Erro relativo https://pandia.ru/text/78/613/images/image020_7.gif" width="99" height="45"> (1.2)

De acordo com o erro de medição relativo, a precisão da medição é avaliada.

O erro reduzido do dispositivo de medição é definido como a razão entre o erro absoluto e o valor de normalização xn e é expresso em porcentagem:

(1.3)

O valor de normalização geralmente é tomado igual ao limite superior da parte de trabalho da escala, na qual a marca zero está na borda da escala.

O erro dado determina a precisão do dispositivo de medição, não depende do valor medido e tem significado único para este dispositivo. De (1..gif" largura="15" altura="19 src=">, quanto menor o valor medido x em relação ao limite de medição do dispositivo xN, maior.

Muitos instrumentos de medição diferem em classes de precisão. A classe de precisão do instrumento G é uma característica generalizada que caracteriza a precisão do instrumento, mas não é uma característica direta da precisão da medição realizada com este instrumento.

A classe de precisão do dispositivo é numericamente igual ao maior erro básico reduzido permitido, calculado em porcentagem. Para amperímetros e voltímetros, são estabelecidas as seguintes classes de precisão: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0; 5,0. Esses números são plotados na escala do instrumento. Por exemplo, a classe 1 caracteriza os limites de erro garantidos em porcentagem (± 1%, por exemplo, do valor final de 100 V, ou seja, ± 1 V) em condições normais de operação.

De acordo com a classificação internacional, os dispositivos com classe de precisão igual ou superior a 0,5 são considerados precisos ou exemplares, e os dispositivos com classe de precisão igual ou inferior a 1,0 são considerados funcionais. Todos os dispositivos estão sujeitos a verificações periódicas quanto à conformidade das características metrológicas, incluindo classe de precisão, com seus valores de passaporte. Neste caso, o instrumento exemplar deve ser mais preciso que o verificado através da classe, a saber: a verificação de um instrumento com classe de precisão 4,0 é feita por um instrumento com classe de precisão 1,5, e a verificação de um instrumento com classe de precisão 4,0 uma classe de precisão de 1,0 é realizada por um instrumento com uma classe de precisão de 0,2.

Como a classe de precisão do dispositivo G e o limite de medição XN são dados na escala do dispositivo, o erro absoluto do dispositivo é determinado pela fórmula (1.3):

https://pandia.ru/text/78/613/images/image019_7.gif" width="15 height=19" height="19"> Com a classe de precisão G do instrumento é expressa pela fórmula:

daí resulta que o erro de medição relativo é igual à classe de precisão do dispositivo somente quando se mede o valor limite na escala, ou seja, quando x = XN. Com uma diminuição no valor medido, o erro relativo aumenta. Quantas vezes XN\u003e x, quantas vezes\u003e G. Portanto, é recomendável escolher os limites de medição do instrumento indicador para ler as leituras dentro do último terço da escala, mais próximo de seu final.

7. Apresentação do resultado da medição para medições individuais

O resultado da medição consiste em uma estimativa da quantidade medida e um erro de medição que caracteriza a precisão da medição. De acordo com GOST 8.011-72, o resultado da medição é apresentado na forma:

onde A é o resultado da medição;

Erro absoluto do dispositivo;

P - probabilidade, em processamento estatístico dados.

Ao mesmo tempo, A e https://pandia.ru/text/78/613/images/image023_5.gif" width="15" height="17"> não devem ter mais de dois dígitos significativos.

TUTORIAL ELETRÔNICO

NA DISCIPLINA "ELÉTRICA

MEDIDAS"

Realizado:

professor de CST Arkhipova N.A.

Kstovo 2015

Revisado no PCC

disciplinas elétricas

"___" _________ 20___

Protocolo №_________

Presidente do PCCNI Fomochkina

Aprovado

sobre o metódico

conselho

"___"_________20___

Presidente do Conselho MetodológicoE.A. Kostina

O livro é destinado a alunos que estudam na especialidade 220703 Automação de processos tecnológicos e indústrias (por setor) departamento de tempo integral.

CONTENTE

INTRODUÇÃO 4

Seção 1. Sistema estadual para garantir a uniformidade das medições 5

Tópico 1.1 Principais tipos e métodos de medição, sua classificação 5

Tópico 1.2.Indicadores metrológicos de instrumentos de medição 7

Seção 2 Instrumentos e métodos de medições elétricas 9

Tópico 2.1 Mecanismos e circuitos de medição de eletromecânica

aparelhos 9

Tópico 2.2 Instrumentos e métodos para medição de corrente 14

Tópico 2.3 Instrumentos e métodos para medição de tensão 18

Tópico 2.4 Instrumentos e métodos para medir potência e energia 21

Tópico 2.5 Instrumentos e métodos para medir os parâmetros de circuitos elétricos 24

aparelhos 28

Seção 3 Estudo de Forma de Onda 31

Tópico 3.1 Osciloscópios 31

Tópico 3.2 Instrumentos e métodos para medição de frequência e intervalo de tempo 32

Tópico 3.3 Instrumentos e métodos para medir a mudança de fase 35

INTRODUÇÃO

Finalidade e objetivos da disciplina. Breves informações da história do desenvolvimento das medições elétricas. A conexão desta disciplina acadêmica com outras disciplinas.

A realização de medições é um dos principais meios de obtenção de conhecimento objetivo sobre o mundo, e o material experimental acumulado ébase para generalizações e estabelecimento de padrões de sua existência edesenvolvimento. Ao mesmo tempo, a realização de medições tem uma prática incondicionalvalor, em muitos aspectos a técnicadesenvolvimento e interação entre entidades econômicas individuaisAtividades. Entre todas as medidas lugar especial ocupam as medições elétricas devido à universalidade dos sinais elétricos e à disponibilidadeoportunidades para seu processamento e armazenamento, muitas vezes ao medirgrandezas não elétricas, o sinal de saída do conversor éapenas um sinal elétrico.

Seção 1. Sistema Estadual para Garantir a Unidade

Medidas

Tópico 1.1 Principais tipos e métodos de medição, suas

classificação

O papel e a importância dos equipamentos de medição elétrica. Definição do conceito de "medição". Unidades de grandezas físicas. Classificação dos métodos de medição e seus uma breve descrição de. Métodos diretos e indiretos. Métodos de avaliação direta e métodos de comparação (diferencial, zero, substituição). O conceito de instrumentos de medição: medidas de grandezas elétricas básicas, instrumentos elétricos de medição, instalações elétricas de medição, transdutores de medição, sistemas de informação. Classificação e marcação de instrumentos elétricos de medição.

Medidas, transdutores de medição, instrumentos de medição e sistemas de medição estão entre os meios técnicos de medição. Um transdutor de medição é um dispositivo projetado para converter um parâmetro medido em um sinal conveniente para transmissão posterior à distância ou em um circuito de dispositivo de controle.

Os conversores são divididos em primários (sensores), intermediários, transmissores e de escala. O valor medido é chamado de entrada e o resultado da transformação é chamado de sinal de saída.

Os conversores primários são projetados para converter quantidades físicas em sinais, enquanto os conversores de transmissão e intermediários formam sinais convenientes para transmissão à distância e registro.

Os conversores de escala incluem aqueles com os quais o valor medido muda um determinado número de vezes, ou seja, eles não convertem uma grandeza física em outra.

Um dispositivo de medição é um dispositivo projetado para gerar informações de medição em uma forma acessível à percepção direta por um observador (operador). Os instrumentos de medição são divididos em dois grupos.

O primeiro grupo inclui dispositivos analógicos, cujas leituras são uma função contínua do parâmetro medido.

O segundo grupo inclui dispositivos digitais. Eles geram sinais discretos de informações medidas em formato digital.

O sistema de medição combina transdutores e instrumentos de medição, fornecendo medições de parâmetros sem intervenção humana.

Padrão estadual estabelece a aplicação sistema internacional unidades (SI) em todos os campos da ciência e tecnologia.

O SI consiste em sete unidades básicas, duas unidades adicionais e vinte e sete unidades derivadas principais. As unidades básicas são: metro (m), quilograma (kg), segundo (s), ampere (A), kelvin (K), mol (mol), candela (cd).

Para unidades adicionais Os sistemas SI são radianos e esterradianos, e todas as outras unidades são derivadas. Por exemplo, a unidade de força é o newton (N), que informa a um corpo de 1 kg uma aceleração de 1 m/s2; a unidade de pressão é pascal (Pa), tal pressão uniformemente distribuída é tomada como uma unidade de pressão, na qual uma força igual a 1 N atua normal à superfície em 1 m2.

Todas as medições são divididas em diretas e indiretas. Para medições diretas valor numérico o parâmetro medido é determinado diretamente pelo dispositivo de medição: por exemplo, medindo a temperatura com um termômetro ou as dimensões lineares da peça com uma ferramenta de medição.

Medições indiretas prever a determinação do parâmetro desejado com base na medição direta de uma grandeza auxiliar associada ao parâmetro medido por uma certa dependência funcional. Por exemplo, determinar o volume de um corpo por seu comprimento, largura e altura, ou medir a temperatura alterando a condutividade elétrica de um termômetro de resistência.

Perguntas para auto-exame

O que é uma dimensão?

Qual é a classificação dos tipos de medições?

Qual é a diferença entre instrumentos de medição exemplares e de trabalho?

Como os instrumentos de medição elétricos e de rádio são classificados e designados?

Tópico 1.2. Indicadores metrológicos de instrumentos de medição

Tipos de erros, sua classificação por forma expressão numérica, de acordo com o padrão de ocorrência, de acordo com a probabilidade de realização.

Erros sistemáticos, sua atribuição e avaliação. Erros aleatórios, fontes de sua ocorrência. Leis de distribuição de erros. Características de uma distribuição normal. Detecção de faltas.

Erros como características de instrumentos de medição. Tipos de erros e as principais causas de sua ocorrência. Determinação do erro do instrumento com base na classe de precisão do instrumento. Limite, valor de divisão, sensibilidade de um instrumento de medição elétrico. Procedimento de teste típico para instrumentos elétricos de medição. Informações gerais sobre o processamento de resultados de medição.

Qualquer medição deve ocorrer de acordo com o sistema: planejamento, medições, processamento matemático dos resultados das medições. Ao processar, preste atenção na identificação de erros. É muito importante aprender a calcular o erro resultante, saber como a sistemática e erros aleatórios, como o erro resultante é determinado com um determinado nível de probabilidade.

Dependendo das causas do erro, eles são divididos em cinco grupos: erros do método de medição, instrumentais, configurações do instrumento e sua interação com o objeto de medição, erros dinâmicos e subjetivos.

Os erros do método de medição são resultado do esquema de medição escolhido, que não permite eliminar fontes de erros conhecidos.

Os erros instrumentais dependem da imperfeição dos dispositivos de medição, ou seja, dos erros na fabricação de peças do dispositivo de medição.

Erros no ajuste de instrumentos de medição são determinados pelas condições de operação. Podem ocorrer erros quando o dispositivo interage com o objeto de medição; por exemplo, erros causados ​​pela influência da força de medição na deformação da peça medida.

Erros dinâmicos ocorrem durante a conversão do valor medido. Erros dinâmicos aparecem como resultado da inércia de alterar o parâmetro medido.

Erros subjetivos aparecem devido a limitações habilidades físicas operador.

Dependendo das condições de operação, distinguem-se dois tipos de erros: básicos e adicionais.

Os principais erros ocorrem durante a operação normal do dispositivo de medição, quando a influência fatores externos mínimo.

Erros adicionais são causados ​​pela influência de fatores externos que violam as condições normais de operação do dispositivo, por exemplo, mudanças na temperatura ou pressão ambiente.

Se o valor do erro absoluto atribuído ao verdadeiro valor A0 do parâmetro medido, então obtemos o erro relativo , ou seja

= /A0.

Taxa de erro absoluta para a faixa de escala do instrumentoNé chamado de erro relativo reduzido.

Perguntas para auto-exame

Como os erros são classificados?

Qual é a diferença erro relativo do dado?

Que indicadores são usados ​​para caracterizar o erro aleatório?

Como você pode identificar uma “falta” em uma série de resultados de medição obtidos?

Qual é a diferença entre medidas iguais e medidas desiguais?

Qual é o procedimento para processar os resultados das medições indiretas?

Quão calcular o erro resultante?

OPÇÃO 1

Perguntas

1. Qual é o erro absoluto?

diferença entre os valores medidos e reais de uma quantidade

2 . Qual é a sensibilidade do instrumento?

mudança de atitude

este é o número de unidades do valor medido por uma divisão da escala do instrumento

3 . A gama de indicações é

faixa de valores da escala, limitada pelos valores finais e iniciais da escala

que normaliza os erros permitidos do instrumento de medição

4 . O que é calibração SI?

um conjunto de operações realizadas para determinar os valores reais das características metrológicas

um conjunto de operações e tipos de trabalho que visam garantir a uniformidade das medições.

5 . Erro reduzido

a razão entre o erro absoluto e o valor real, expresso em porcentagem

a razão entre o erro absoluto e o valor de normalização, expresso em porcentagem

diferença entre o valor medido e real de uma quantidade

OPÇÃO 2

Perguntas

1 . Qual é o erro relativo?

a razão entre o erro absoluto e o valor de normalização, expresso em porcentagem

diferença entre o valor medido e real de uma quantidade

a razão entre o erro absoluto e o valor real, expresso em porcentagem

2. Qual é o valor da divisão do instrumento?

o número de unidades do valor medido por uma divisão da escala do instrumento

mudança de atitude

sinal de saída para a mudança no valor medido que causou

faixa de valores da escala, limitada pelos valores finais e iniciais da escala

3 . A variação nas leituras do instrumento é

diferença entre o valor medido e real de uma quantidade

a maior diferença nas leituras no mesmo valor da quantidade medida

4 . A faixa de medição é

a faixa de valores da quantidade medida, porque normaliza os erros permitidos do dispositivo

diferença entre o valor medido e real de uma quantidade

a faixa de valores da escala do instrumento, limitada pelos valores finais e iniciais da escala

5 . O que é a Verificação SI?

um conjunto de operações realizadas para determinar os valores reais de MX.

um conjunto de operações e tipos de trabalho que visam garantir a uniformidade das medições

um conjunto de operações realizadas para confirmar a conformidade dos instrumentos de medição com os requisitos metrológicos

Seção 2 Instrumentos e métodos de medições elétricas

Tópico 2.1 Mecanismos e circuitos de medição

dispositivos eletromecânicos

Mecanismos de medição de sistemas magnetoelétricos, eletromagnéticos, eletrodinâmicos, ferrodinâmicos, eletrostáticos, de indução. Princípio geral criação de vários mecanismos de medição elétrica. O princípio de funcionamento de dispositivos eletromecânicos. O conceito de circuitos de medição. Circuito de medição de instrumentos elétricos de medição: voltímetros, amperímetros, wattímetros. Símbolos aplicados aos dispositivos.

Básico parte funcional instrumento magnetoelétrico é um mecanismo de medição. EstruturalmentemagnetoelétricomecanismorealizadoouComMóvelbobina (quadro),quer comMóvelmagnético.O primeiro desses grupos tem mais aplicação.

O princípio de funcionamento do mecanismo magnetoelétrico é baseado na interação dos campos magnéticos de um ímã permanente e uma bobina (quadro) através da qual flui a corrente. O momento de compensação pode ser criado mecanicamente e eletromagneticamente.

Dispositivos magnetoelétricos são usados ​​como: 1) amperímetros e voltímetros para medição de correntes e tensões em circuitos CC (para esses fins, dispositivos de outros grupos são usados ​​em casos raros); 2) ohmímetros; 3) galvanômetros de corrente contínua usados ​​como indicadores de zero, bem como para medir pequenas correntes e tensões; 4) galvanômetros balísticos usados ​​para medir pequenas quantidades de eletricidade; 5) instrumentos para medições em circuitos CA: a) osciloscópios galvanômetros utilizados para observar e registrar processos rápidos; b) galvanômetros vibratórios, utilizados principalmente como indicadores zero de corrente alternada; c) retificadores, dispositivos termoelétricos e eletrônicos contendo conversor CA para CC.

Virtudes instrumentos magnetoelétricos são: 1) alta sensibilidade; 2) alta precisão; 3) baixo consumo de energia própria; 4) escala uniforme; 5) baixa influência de campos magnéticos externos.

Para deficiências dispositivos magnetoelétricos incluem: 1) baixa capacidade de sobrecarga; 2) uma estrutura relativamente complexa; 3) aplicação, na ausência de conversores, apenas em circuitos CC.

A parte principal do dispositivo eletromagnético é o IM eletromagnético. PrincípioA ação de um mecanismo de medição eletromagnético é baseada na interação de um campo magnético criado por um condutor de corrente e um núcleo ferromagnético.

Atualmente existe um grande número de Vários tipos dispositivos eletromagnéticos que diferem em propósito, design de IM, forma de bobinas e núcleos, etc.

Dependendo da inércia da parte móvel ou da frequência de suas próprias oscilações, todos os dispositivos eletromagnéticos são divididos em dois grupos: ressonantes e não ressonantes. Os ressonantes funcionam apenas em corrente alternada.Em dispositivos não ressonantes, o momento de inércia da parte móvel é significativo, e o deslocamento da parte móvel é proporcional ao quadrado do valor da corrente efetiva.

Ambos os grupos de dispositivos são divididos em dois subgrupos: polarizados e não polarizados. Nos dispositivos polarizados, além da bobina de magnetização, existe um ímã permanente. Dispositivos polarizados não ressonantes não possuem alta precisão. Dos instrumentos ressonantes, os hertzímetros de palheta são usados ​​principalmente.

Dependendo da natureza do circuito magnético, os dispositivos não ressonantes são divididos em dispositivos com circuito magnético, chamados condicionalmente de fechado, e sem circuito magnético. Dispositivos com circuito magnético têm um consumo de energia próprio menor, mas ao mesmo tempo erros significativos devido a perdas no circuito magnético por correntes parasitas e histerese.Dispositivos sem circuito magnético têm um pequeno campo magnético intrínseco e uma grande dependência de leituras da influência de campos magnéticos externos epermitem criar dispositivos de alta precisão para operação em corrente contínua e alternada. Esses dispositivos são divididos em dispositivos repulsivos e retrativos. Nos dispositivos do primeiro tipo, os núcleos ferromagnéticos localizados dentro da bobina com corrente são magnetizados da mesma maneira e se repelem

IM eletrodinâmicocompreendesistemas de bobinas fixas e móveis (quadros), cremalheira, elementos elásticos, amortecedor, dispositivo de leitura, meios de proteção magnética. As bobinas são feitas redondas ou retangulares. As bobinas redondas dão, em comparação com as retangulares,aumentarsensibilidade em 15-20%. Dispositivos com bobinas retangularestem menordimensões verticais do instrumento.

No coração dos dispositivos ferrodinâmicos está um mecanismo de medição ferrodinâmico. O princípio de funcionamento do mecanismo de medição ferrodinâmico édentrointeraçãomagnéticocampos de dois sistemas de condutores com correntes, e é essencialmente uma espécie de mecanismo eletrodinâmico. diferençaéem que, para aumentar a sensibilidade, o MI contém um circuito magnético feito de um material magneticamente macio.Disponibilidadenúcleo magnéticoMuito deaumentamagnéticocampo na folga de trabalho e assim o torque aumenta.

Os instrumentos eletrostáticos são construídos com base em um mecanismo de medição eletrostática, que éum sistema de celulareimóveleletrodos.Debaixoaçãotensão aplicada aos eletrodos,os eletrodos móveis se desviam em relação aos fixos. Em MIs eletrostáticos, o desvio da parte móvel está associado a uma mudança na capacitância.

Dispositivos eletrostáticos são caracterizados por: 1) muito pequenopróprio consumo de energia em corrente contínua e baixas frequências. Isso é explicado pelo fato de ser devido apenas a uma corrente de carga de curto prazo e ao fluxo de correntes de fuga muito pequenas através do isolamento. Em corrente alternada, o consumo de energia também é pequeno devido à baixa capacitância do IM e pequeno dielétricoperdasdentroisolamento;2) largofrequênciavariar(de 20 Hz a 35 MHz); 3) baixa dependência das leituras em relação às mudanças na forma da curva da tensão medida; 4) a possibilidade de utilizá-los em circuitos CC e CA para medição direta de altas tensões (até 300 kV) sem o uso de transformadores de tensão de medição. Junto com isso, os dispositivos eletrostáticos também apresentam desvantagens: são fortemente influenciados por campos eletrostáticos externos, possuem baixa sensibilidade à tensão, possuem escala irregular que deve ser alinhada escolhendo o formato dos eletrodos, etc.

A precisão dos dispositivos eletrostáticos pode ser obtida através do uso de design especial e medidas tecnológicas para reduzir erros. Atualmente, foram desenvolvidos dispositivos portáteis de classes de precisão 0,2; 0,1 e 0,05.

Mecanismo de medição de indução estruturalconsiste em um ou mais eletroímãs fixos e uma parte móvel, que geralmente é feita na forma de um disco de alumínio montado em um eixo. Variáveis fluxos magnéticos dirigidoperpendicular ao plano do disco, penetrando este último,induzir correntes parasitas nele. A interação dos fluxos com as correntes no disco faz com que a parte móvel se mova.

De acordo com o número de fluxos magnéticos,cruzando a parte móvel, eles podem ser de rosca única e multiencadeada. Mecanismos de indução de fluxo único não são usados ​​atualmente na tecnologia de medição.

Ao estudar dispositivos de sistemas eletromagnéticos, eletrodinâmicos e ferrodinâmicos, é necessário prestar atenção ao fato de que, de acordo com o princípio de operação, esses dispositivos são adequados para medições em circuitos de corrente contínua e alternada.

Perguntas para auto-exame

1. Escreva e explique a condição de equilíbrio estático da parte móvel do instrumento indicador e a equação de sua escala.

2. Como são criados os momentos de oposição nos instrumentos indicadores?

3. Qual é o autoconsumo do aparelho, que influência pode ter nos resultados da medição?

4. Qual é o princípio de funcionamento e dispositivo do dispositivo do sistema magnetoelétrico?

5. Quais são os princípios de funcionamento e dispositivos dos sistemas eletromagnéticos, eletrodinâmicos e eletrostáticos?

6. Como estão dispostos os rácios do sistema magnetoeléctrico e qual o princípio de funcionamento?

7. Quais métodos são usados ​​para expandir os limites de medição dos instrumentos vários sistemas?

Tópico 2.2 Instrumentos e métodos para medição de corrente

Métodos de medição de corrente. Dispositivo, princípio de funcionamento, características técnicas, variedades, escopo dos principais tipos de amperímetros, pinças de corrente. Estenda os limites de medição com transformadores de corrente e shunts. O uso de instrumentos combinados para medição de corrente. Seleção de um dispositivo para medição de corrente, inclusão no circuito, medição, processamento do resultado da medição.

Antes de medir a corrente, você precisa ter uma ideia de sua frequência, forma, valor esperado, precisão de medição necessária e resistência do circuito em que a medição é feita. Essas informações preliminares

escolha o método de medição e o instrumento de medição mais adequados. Para medir corrente e tensão, são utilizados o método de avaliação direta e o método de comparação. Para medir a corrente em um circuito, um amperímetro é conectado em série com o circuito.

Amperímetro foi projetado para que Resistencia interna foi o menor possível. Portanto, se você ligar não em série, mas em paralelo com a carga, as circunstâncias podem ser imprevisíveis.É em consequência da pequena resistência interna que uma grande corrente fluirá pelo amperímetro, o que fará com que o dispositivo queime ou os fios queimem.

Amperímetro- um dispositivo de medição para determinar a intensidade da corrente contínua e alternada em um circuito elétrico. As leituras do amperímetro são inteiramente dependentes da magnitude da corrente que flui através dele e, portanto, a resistência do amperímetro em comparação com a resistência da carga deve ser a menor possível. De acordo com suas características de projeto, os amperímetros são divididos em magnetoelétricos, eletromagnéticos, termoelétricos, eletrodinâmicos, ferrodinâmicos e retificadores.

Amperímetros magnetoelétricos são usados ​​para medir corrente tamanho pequeno em circuitos CC. Eles consistem em um mecanismo de medição magnetoelétrico e uma escala com divisões marcadas correspondentes a Significados diferentes corrente medida.

eletromagnéticoamperímetrosprojetado para medir a força da corrente que flui em circuitos CC e CA. Mais frequentemente usado para medir a força em circuitos AC de frequência industrial (50 Hz). Eles consistem em um mecanismo de medição, cuja escala é marcada em unidades de corrente que flui através da bobina do dispositivo. Para a fabricação da bobina, você pode usar um fio de grande seção transversal e, portanto, medir uma grande corrente (acima de 200 A).

Termoelétricaamperímetrossão aplicados à medição em cadeias de corrente alternada de alta frequência. Consistem em um dispositivo magnetoelétrico com conversor de contato ou sem contato, que é um condutor (aquecedor) ao qual é soldado um termopar (pode estar a alguma distância do aquecedor e não ter contato direto com ele). A corrente que passa pelo aquecedor provoca seu aquecimento (devido às perdas ativas), que é registrado por um termopar. A radiação térmica resultante afeta a carcaça do medidor de corrente magnetoelétrica, que se desvia em um ângulo proporcional à intensidade da corrente no circuito.

Amperímetros eletrodinâmicos são usados ​​para medir a intensidade da corrente em circuitos CC e CA de frequências aumentadas (até 200 Hz). Os dispositivos são muito sensíveis a sobrecargas e campos magnéticos externos. Eles são usados ​​como dispositivos de controle para verificar medidores de corrente em funcionamento. Eles consistem em um mecanismo de medição eletrodinâmico, cujas bobinas, dependendo da magnitude da corrente máxima medida, são conectadas em série ou em paralelo, e uma escala graduada. Ao medir correntes de pequena força, as bobinas são conectadas em série e a maior é conectada em paralelo.

Os amperímetros ferrodinâmicos são duráveis ​​e confiáveis ​​em design, insensíveis a campos magnéticos externos. Eles consistem em um aparelho de medição ferrodinâmico e são usados ​​principalmente em sistemas de controle automático como amperímetros de auto-gravação.

Cada amperímetro é calculado para algum valor máximo específico da quantidade medida. Mas, muitas vezes, surgem situações em que é necessário medir um determinado valor, cujo valor é maior que os limites de medição do dispositivo. No entanto, sempre é possível estender os limites de medição deste instrumento. Para fazer isso, um condutor é conectado paralelamente ao amperímetro, através do qual passa parte da corrente medida. O valor da resistência deste condutor é calculado para que a intensidade da corrente que passa pelo amperímetro não exceda seu valor máximo permitido. Tal resistência é chamada de shunt. O resultado de tais ações será que, se um amperímetro, projetado, por exemplo, para uma corrente de até 1 A, precisar medir a corrente 10 vezes mais, a resistência do shunt deverá ser 9 vezes menos resistência amperímetro. Obviamente, neste caso, o preço da calibração aumenta 10 vezes e a precisão diminui pelo mesmo fator.

Para expandir a faixa de medição do amperímetro (emk vezes) em circuitos CC, são usados ​​resistores shunt, conectados em paralelo com o amperímetro.

Escalas de amperímetro geralmente são graduadas diretamente em unidades de força de corrente:

ampères, miliampères ou microampères. Muitas vezes, na prática de laboratório, são usados ​​amperímetros de várias faixas. Dentro da caixa desses dispositivos, são colocados vários shunts diferentes, que são conectados em paralelo com o indicador usando um interruptor de faixa de medição. No painel frontal dos instrumentos multi-limite indique os valores máximos de corrente que podem ser medidos em uma ou outra posição do interruptor de limite de medição. O valor da divisão de escala (caso o aparelho possua escala única) será diferente para cada limite de medição. Frequentemente, os instrumentos multi-faixa têm várias escalas, cada uma das quais corresponde a um determinado limite de medição.

Perguntas para auto-exame

Como medir a força atual?

O que é um amperímetro?

Principais tipos de amperímetros

Como o amperímetro é conectado?

Finalidade das derivações

Resolvendo problemas no tópico "Instrumentos e métodos para medição de corrente"

OPÇÃO 1

Tarefa 1.

Um amperímetro com resistência interna de 0,28 ohms tem uma escala de 50 divisões. com preço de divisão de 0,01 A/div. Determine o valor da divisão e o valor limite da corrente medida ao conectar um shunt com uma resistência de 0,02 Ohm.

Tarefa 2.

A escala IM com uma resistência de 5 ohms é dividida em 100 divisões. Valor da divisão

0,2 mA/div A partir deste mecanismo é necessário fazer um amperímetro de 10A. Como fazer isso? Que corrente no circuito o amperímetro medirá se a seta se desviar em 35 div.

Tarefa 3.

Determine o valor da resistência shunt necessária para expandir o limite de medição de um amperímetro com resistência interna de 5 Ohm, de seu valor nominal de 4 mA para um valor de 15A.

OPÇÃO 2

Tarefa 1.

A escala IM com uma resistência interna de 2 ohms é dividida em 150 divisões. Preço de divisão 0,2 mA / div. A partir deste mecanismo é necessário fazer um amperímetro de 15A. Como fazer isso?

Que corrente o amperímetro medirá se a seta se desviar em 20 div.

Tarefa 2.

Determine o valor da resistência shunt para expandir a faixa de medição de um amperímetro com resistência interna de 0,58 Ohm, de um valor nominal de 5A para um valor de 150A.

Tarefa 3.

Para um amperímetro classificado para 5A com uma resistência interna de 0,6 ohms e uma escala de 10 divisões. um shunt com uma resistência de 0,025 ohm é conectado. Ao medir a corrente, a seta desviou em 8 div. Determine a corrente no circuito, medida por um amperímetro.

Tópico 2.3 Instrumentos e métodos para medição de tensão

Métodos de medição de tensão. Dispositivo, princípio de funcionamento, características técnicas, variedades, escopo: voltímetros eletromecânicos, voltímetros eletrônicos, voltímetros digitais, compensadores. O uso de instrumentos combinados para medição de tensão. Seleção de um dispositivo para medição de tensão, inclusão em um circuito, medição, processamento do resultado da medição.

Voltímetros são usados ​​para medir a tensão. Os voltímetros são conectados em paralelo à seção do circuito onde a tensão deve ser medida. Para que o dispositivo não consuma uma grande corrente e não afete a magnitude da tensão do circuito, seu enrolamento deve ter uma grande resistência. Quanto maior a resistência interna do voltímetro, mais precisamente ele medirá a tensão. Para isso, o enrolamento do voltímetro é feito de um grande número de voltas de fio fino. Para expandir os limites de medição dos voltímetros, são usadas resistências adicionais, que são conectadas em série com voltímetros. Neste caso, a tensão da rede é distribuída entre o voltímetro e a resistência adicional. O valor da resistência adicional deve ser selecionado de tal forma que em um circuito com tensão aumentada, a mesma corrente passe pelo enrolamento do voltímetro como na tensão nominal.

O máximo de os dispositivos de medição estacionários atualmente usados ​​são dispositivos eletromecânicos analógicos clássicos. Suas características operacionais e metrológicas podem ser consideradas suficientes para solucionar os principais problemas de medições técnicas. As classes de precisão desses dispositivos variam de 0,1 a 4%.

Princípio de funcionamentoinstrumentos de medição eletromecânicosbaseia-se na conversão da energia elétrica do sinal de entrada em energia mecânica do movimento angular da parte móvel do dispositivo de leitura. Além disso, os dispositivos eletromecânicos, além do uso autônomo, também podem ser utilizados como dispositivos de saída para outros dispositivos eletrônicos analógicos.

NOdispositivos eletromecânicos implementados diferentes princípios físicos, permitindo converter o valor da característica medida em um desvio de ponteiro proporcional a ela. O projeto de um dispositivo eletromecânico de qualquer tipo pode ser representado como uma conexão em série de um circuito de entrada, um dispositivo de medição e um dispositivo de leitura.

De toda a variedade de sistemas, estruturas e circuitos de instrumentos de medição eletromecânicos, destacam-se as seguintes classes principais: magnetoelétrico, retificador, termoelétrico, eletromagnético, eletrodinâmico, eletrostático, indução.

Voltímetros eletrônicos são uma combinação de um transdutor eletrônicoe dispositivo de medição. Ao contrário dos voltímetros do grupo eletromecânico, os voltímetros eletrônicos de corrente contínua e alternada possuem alta resistência e sensibilidade de entrada, amplos limites de medição e faixa de frequência (de 20 Hz a 1000 MHz), baixo consumo de corrente do circuito de medição.

Os voltímetros eletrônicos são classificados de acordo com várias características:

por marcação - voltímetros de tensões diretas, alternadas e de impulso; universal, sensível à fase, seletivo;

de acordo com o método de medição - dispositivos para avaliação direta e dispositivos de comparação;

pela natureza do valor de tensão medido - amplitude (pico), raiz quadrada média do valor médio retificado;

por faixa de frequência - baixa frequência, alta frequência, ultra-alta frequência.

Além disso, todos os dispositivos eletrônicos podem ser divididos em dois grandes grupos: dispositivos eletrônicos analógicos com leituras de ponteiro e dispositivos do tipo discreto com leituras digitais.

Os medidores de tensão, independentemente de sua finalidade, quando ligados, não devem violar o modo de operação do circuito do objeto medido; fornecer um pequeno erro de medição, eliminando a influência de fatores externos na operação do dispositivo, alta sensibilidade de medição para limite ideal, disponibilidade rápida e alta confiabilidade.

A escolha dos dispositivos que medem tensão é determinada por uma combinação de vários fatores, sendo os mais importantes: o tipo de tensão que está sendo medida; faixa de frequência aproximada do valor medido e faixa de amplitude; a forma da curva de tensão medida; potência do circuito em que a medição é realizada; consumo de energia do dispositivo; possível erro de medição.

Em circuitos de baixa potência de correntes contínuas e alternadas, voltímetros eletrônicos digitais e analógicos geralmente são usados ​​para medir a tensão. Se for necessário medir tensões com maior precisão, devem ser utilizados instrumentos cujo funcionamento se baseie em métodos de comparação, em particular no método de oposição.

Os voltímetros digitais modernos contêm unidades de microprocessador e são equipados com um teclado, que permite automatizar o processo de medição, realizá-lo de acordo com um determinado programa, realizar o processamento necessário dos resultados da medição e expandir a funcionalidade do dispositivo. Transforme-o em um multímetro que permite medir não apenas a tensão CC, mas também muitas outras grandezas: tensão CA, resistência, capacitância do capacitor, frequência, etc.

Perguntas para auto-exame

Como a tensão pode ser medida?

Como são classificados os voltímetros eletrônicos?

Liste os principais blocos de voltímetros digitais

Como os instrumentos de medição de tensão são selecionados?

Quais são os fatores de crista e forma para uma tensão senoidal?

Desenhe diagramas de circuito de voltímetros com detectores lineares, de pico e quadráticos.

Quais são os tipos de diagramas de blocos de voltímetros digitais?

Tópico 2.4 Instrumentos e métodos para medir potência e energia

Métodos de medição de potência e eletricidade. Dispositivo, princípio de funcionamento, características técnicas, variedades, escopo: wattímetros e medidores elétricos. Seleção de dispositivos para medição de potência e eletricidade, incluindo-os no circuito, medição, processamento de resultados de medição. Expansão dos limites de medição.

Da expressão para potência de corrente contínua Р =IUpode-se ver que a potência pode ser medida usando um amperímetro e um voltímetro por um método indireto. Porém, neste caso, é necessário realizar leituras simultâneas em dois instrumentos e cálculos que complicam as medições e reduzem sua precisão.

Para medir a potência em circuitos de corrente alternada contínua e monofásica, são utilizados dispositivos chamados wattímetros, para os quais são utilizados mecanismos de medição eletrodinâmicos e ferrodinâmicos.

A potência em circuitos elétricos é medida por de forma indireta. No medição direta use wattímetros, com indiretos - amperímetros e voltímetros.

Em sistemas de fornecimento de energia, são utilizados instrumentos de medição de grandezas elétricas. Os mais aplicáveis ​​são amperímetros, voltímetros, medidores de potência (wattímetros e varímetros), medidores de energia ativa e reativa. Ao escolher instrumentos para medição de grandezas elétricas, deve-se levar em consideração o tipo de corrente - contínua ou alternada.

Wattímetros são usados ​​para medir a potência ativa. Wattímetros têm duas bobinas de medição, corrente e tensão. O torque gerado por essas bobinas é proporcional às correntes que passam por elas.

Para medir a eletricidade consumida, são utilizados medidores de eletricidade monofásicos ou trifásicos. Esses dispositivos possuem mecanismos de medição por indução.

Wattímetro- um dispositivo de medição que tem por finalidade determinar o trabalho realizado por uma corrente elétrica por unidade de tempo para a passagem de corrente através de um condutor (determinando a potência de uma corrente elétrica ou de um sinal eletromagnético).

Um wattímetro pode determinar o número de watts necessários para produzir alguma energia. luz elétrica por segundo de tempo ou determinar a quantidade de trabalho realizado por unidade de tempo por algum dispositivo elétrico. O trabalho realizado por um dispositivo elétrico por unidade de tempo (sua potência) é determinado em watts e é o produto do número de amperes (corrente) consumidos por este tipo de consumidores elétricos e a diferença de potencial (+ -) das extremidades deste parte do circuito medida em volts.

Para determinar a potência da corrente elétrica e são usadoswattímetros, que nada mais são do que um eletrodinamômetro. A corrente de passagem é dividida em duas partes, uma das quais é, de fato, um controle, e a segunda é um experimento, alterando a resistência na parte experimental e medindo a diferença de potencial na saída e a potência da corrente elétrica é determinado.

Por finalidade e faixa de frequênciawattímetros podem ser divididos em três categorias principais:
– baixa frequência (e corrente contínua);
- frequência de rádio;
- óptico.

De acordo com sua finalidade, os wattímetros de alcance de rádio são divididos em dois tipos: potência transmitida, incluída na interrupção da linha de transmissão, e potência absorvida, conectada ao final da linha como carga combinada. Dependendo do caminho transformação funcional as informações de medição e sua saída para o usuário, os wattímetros são analógicos (indicadores e autogravados) e digitais.

Baixa frequência wattímetros são usados ​​principalmente em redes de energia de frequência industrial para medir o consumo de energia, podem ser monofásicos e trifásicos. Um subgrupo separado é composto de varmeters - medidores de potência reativa. Os instrumentos digitais geralmente combinam a capacidade de medir potência ativa e reativa.

RF wattímetros formam um subgrupo muito grande e amplamente utilizado de wattímetros de rádio. A divisão deste subgrupo está principalmente associada à utilização de vários tipos de conversores primários. Os wattímetros disponíveis usam conversores baseados em termistor, termopar ou detector de pico; muito menos frequentemente, são usados ​​sensores baseados em outros princípios. Ao trabalhar com wattímetros de potência absorvida, deve-se lembrar que devido à incompatibilidade entre a impedância de entrada dos sensores receptores e a impedância de onda da linha, parte da energia é refletida e o wattímetro na verdade não mede a potência real da linha , mas sim a potência absorvida, que difere da real.

O princípio de funcionamento do conversor de termistor é a dependência da resistência do termistor da temperatura de seu aquecimento, que, por sua vez, depende da dissipação de potência do sinal aplicado a ele. A medição é realizada comparando a potência do sinal medido, dissipado no termistor e aquecendo-o, com a potência da corrente de baixa frequência, causando o mesmo aquecimento do termistor. As desvantagens dos wattímetros de termistor incluem sua pequena faixa de registro - alguns miliwatts.

A expansão dos limites de medição em corrente contínua por tensão é realizada com a ajuda de resistências adicionais - shunts. Ao medir em corrente alternada, os limites são estendidos usando transformadores de corrente e tensão. Neste caso, é necessário observar a correta inclusão dos terminais do gerador do wattímetro.
A medição de potência em redes trifásicas de três fios é realizada usando dois wattímetros monofásicos conectados a duas fases.
A expansão dos limites de medição é realizada por meio de transformadores de corrente e tensão. Nas mesmas redes, um wattímetro trifásico é usado para medir a potência.
Em redes trifásicas de quatro fios, a potência ativa é medida usando três wattímetros monofásicos ou um wattímetro de três elementos.
A potência reativa em redes monofásicas é medida usando um wattímetro conectado de acordo com o esquema e em redes trifásicas - usando três wattímetros.

Perguntas para auto-exame

Definir e expressões analíticas potência ativa e reativa.

Quais são os métodos para medir a potência ativa em circuitos CC e CA monofásicos?

Desenhe um diagrama de um medidor de potência reativa.

Que métodos são usados ​​para medir ativos
potência e energia em circuitos trifásicos?

Tópico 2.5 Instrumentos e métodos de medição dos parâmetros de circuitos elétricos.

Medição de resistência. Ohmímetros. Método de voltímetro e amperímetro: circuitos de comutação, suas vantagens e desvantagens. Erros de método. Circuitos de ponte. A teoria de uma única ponte DC. Ponte dupla.

Medição de parâmetros de capacitores e indutâncias. Circuitos de ponte. esquemas ressonantes. Medições pelo método de substituição. Erros de medição.

Vários métodos são usados ​​para medir a resistência, dependendo da natureza dos objetos e das condições de medição (por exemplo, condutores sólidos e líquidos, eletrodos de aterramento, isolamento elétrico); dos requisitos de precisão e velocidade de medição; sobre o valor das resistências medidas. Ao estudar a teoria da ponte, é necessário entender os motivos que impedem o uso de uma única ponte CC para medir baixas resistências. Considere a teoria da ponte dupla. Na teoria das pontes de corrente cruzada, é necessário considerar condições de equilíbrio que diferem das condições de equilíbrio das pontes CC.

Os métodos para medir resistências baixas diferem significativamente dos métodosmedições de altas resistências, pois no primeiro caso é necessário tomar medidas para excluir a influência nos resultados das medições da resistência dos fios de conexão, contatos de transição.

Os principais métodos de medição da resistência CC são: método indireto; método de estimativa direta e método de ponte. A escolha do método de medição depende do valor esperado da resistência medida e da precisão necessária. O mais versátil dos métodos indiretosé o método amperímetro-voltímetro.

Método amperímetro-voltímetro - cerca decom base na medição da corrente que flui através da resistência medida e a queda de tensão através dela. Dois esquemas de medição são usados: medição de resistências altas e medição de resistências baixas. De acordo com os resultados da medição de corrente e tensão, a resistência desejada é determinada.

Método de avaliação direta - pEnvolve medir a resistência DC com um ohmímetro. Medições com um ohmímetro fornecem imprecisões significativas. Por esta razão, este método é usado para medições preliminares aproximadas de resistências e para testar circuitos de comutação.

Método de ponte - pDois esquemas de medição são usados ​​- um esquema de ponte simples e um esquema de ponte dupla.Uma única ponte CC consiste em três resistores padrão (geralmente ajustáveis) que são conectados em série com a resistência medida Rx no circuito da ponte. Para medir resistências abaixo de 1 ohm, used guerra Ponte Thomson.

Considerar métodos possíveis medições de indutâncias e capacitâncias. Vantagens e desvantagens dos esquemas de medição ressonante. Fontes de erros. Circuitos equivalentes, entenda qual é a vantagem deles em relação a outros métodos de medição. Instrumentos para avaliação direta e comparação - para instrumentos de medição paraestimativas do valor da capacitância medida sãomicrofaradímetros, cuja ação se baseia na dependência da corrente ou tensão no circuito de corrente alternada do valor nele incluído . O valor da capacitância é determinado na escala do medidor de ponteiro.

Mais amplamente para medir e indutâncias são usadaspontes CA balanceadas, permitindo obter um pequeno erro de medição (até 1%). A ponte é alimentada por geradores operando em uma frequência fixa de 400-1000 Hz. Como indicadores, são utilizados retificadores ou milivoltímetros eletrônicos, bem como indicadores de osciloscópios.

Perguntas para auto-exame

Como você pode medir a resistência em redes AC e DC?

Como é medida a resistência de isolamento do fio?

Qual é o diagrama de blocos de um dispositivo para medir grandezas não elétricas?

Considere o princípio de operação, o dispositivo e os fundamentos da teoria dos tipos individuais de conversores.

Quais são as opções para ligar amperímetros e voltímetros para medir a resistência?

Desenhe um diagrama de uma única ponte e indique os elementos que são a fonte de erros ao medir resistências baixas.

Que grandezas elétricas podem ser medidas com uma ponte CA?

Quais são as fontes de erros em circuitos de medição ressonantes?

Quais são as vantagens de medir circuitos equivalentes?

Tópico 2.6 Instrumentos de medição elétricos universais e especiais

eletrodomésticos

Parâmetros básicos e tipos de instrumentos de medição elétricos universais e especiais, breves características técnicas. Multímetros, voltímetros, instrumentos combinados. Esquema dos circuitos de medição do instrumento combinado.Multímetros digitais, diagrama de blocos, chaves de tipo e faixa. Unidades de medida. A impedância de entrada do multímetro. Medição de resistências, correntes, tensões, capacidades elétricas, parâmetros de dispositivos semicondutores.

Há um grande número de instrumentos de medição usados ​​para realizar estritamente certas obras: manutenção, teste linhas de cabo, medindo os parâmetros da rede de abastecimento. Cada um deles é ideal para realizar um conjunto específico de medições, mas não mais. Portanto, o reparo ou ajuste de vários dispositivos é impossível sem instrumentos de medição convencionais: multímetros, osciloscópios, geradores universais e especiais, medidores de frequência, medidores RLC, analisadores lógicos.A PARTIR DEhoje, a maioria desses dispositivos está disponível nas versões desktop, portátil e vestível. Portanto, tal instrumento sempre pode ser selecionado de acordo com quaisquer condições de trabalho pretendidas: do laboratório ao campo, alimentado por CA, energia de bordo ou baterias. E as diferenças fundamentais entre dispositivos de vários projetos dizem respeito, talvez, apenas a dois pontos: a classe de precisão e a possibilidade de integração em sistemas de medição. Normalmente, as modificações vestíveis têm menor precisão e um conjunto mais simples de funções de serviço, mas a introdução do processamento digital de sinais está mudando essa situação.o escopo dos sistemas de medição controlados por computador é limitado, como regra, experimentos científicos e vários testes em série. Exatamente lá importância possui automação do processo de coleta e processamento de resultados de medição . Multímetros e osciloscópios estão entre os instrumentos mais comuns. A cada dia, o número de funções básicas e adicionais integradas a eles está crescendo. Além disso, em termos de suas capacidades, esses dispositivos estão cada vez mais próximos. Um osciloscópio pode ter um multímetro embutido e um multímetro pode exibir o sinal medido.Multímetro(a partir de multímetro , testador- a partir de teste - tentativas,avômetro- do Ampere Volt Ohmímetro) - combinado , que combina várias funções. No conjunto mínimo, este , e . Existir e multímetros.

O multímetro pode ser usado como um dispositivo portátil leve usado para e solução de problemas, bem como um instrumento estacionário complexo com muitas possibilidades.

Os multímetros digitais mais básicos têm 2,5 dígitos ( geralmente em torno de 10%. Os dispositivos mais comuns com capacidade de 3,5 (a precisão é geralmente de cerca de 1,0%). Dispositivos um pouco mais caros com capacidade de 4,5 dígitos também são produzidos (a precisão é geralmente cerca de 0,1%) e dispositivos muito mais caros com capacidade de 5 dígitos e superior. A precisão deste último depende fortemente da faixa de medição e do tipo do valor medido, portanto, é negociado separadamente para cada subfaixa. NO caso Geral a precisão de tais dispositivos pode exceder 0,01%, apesar do design portátil.

A capacidade de dígitos de um medidor digital, por exemplo, "3,5" significa que o visor do medidor mostra 3 dígitos completos, com intervalo de 0 a 9, e 1 dígito com intervalo limitado. Assim, um dispositivo do tipo “3,5 dígitos” pode, por exemplo, fornecer leituras que variam de0,000 antes da1,999 , quando o valor medido ultrapassa esses limites, é necessário mudar para outra faixa (manual ou automática).

O número de dígitos não determina a precisão do dispositivo. A precisão da medição depende da precisão , na precisão, estabilidade térmica e temporal dos elementos de rádio aplicados, na qualidade da proteção contra interferências externas, na qualidade do .

Um multímetro analógico consiste em um dispositivo de medição magnetoelétrico de ponteiro, um conjunto de para medição de tensão e ajuste para medição de corrente. A medição de resistência é feita usando o built-in ou de fonte externa. Em um multímetro analógico, os resultados da medição são observados pelo movimento da seta (como em um relógio) ao longo da escala de medição, na qual os valores são assinados: tensão, corrente, resistência. A popularidade dos multímetros analógicos é explicada por sua disponibilidade e preço, e a principal desvantagem é algum erro nos resultados da medição. Para um ajuste mais preciso, os multímetros analógicos possuem um resistor de ajuste especial, manipulando o qual você pode obter um pouco mais de precisão. No entanto, nos casos em que são desejadas medições mais precisas, o uso de um multímetro digital é melhor.
Chefe de Honra digital do analógico é que os resultados da medição são exibidos em uma tela especial. Além disso, os multímetros digitais têm maior precisão e são fáceis de usar, pois você não precisa entender todos os meandros da graduação da escala de medição, como nas versões de ponteiro.

Perguntas para auto-exame

Que dispositivo é chamado de multímetro?

Variedades de multímetros

Características do maltímetro analógico

Especificações do multímetro digital

Seção 3 Estudo de Forma de Onda

Tópico 3.1 Osciloscópios

Informações gerais e classificação de osciloscópios de feixe catódico. Dispositivo, princípio de funcionamento, finalidade, características técnicas, diagrama de blocos de um osciloscópio de feixe catódico. Usando um osciloscópio de raios catódicos para observar um sinal elétrico, para medir a amplitude, frequência e período de um sinal periódico.Tipos de osciloscópios. Diagrama de blocos de um osciloscópio eletrônico. Preparação, calibração e medição de vários sinais. Características de preparação, calibração e medições com dois feixes, osciloscópios-multímetros e osciloscópios com armazenamento de informações. Características de medição de grandezas não elétricas por osciloscópios eletrônicosOsciloscópios analógicos, osciloscópios de armazenamento digital, osciloscópios digitais de fósforo, osciloscópios de amostragem digital, osciloscópios virtuais, osciloscópios portáteis

Os osciloscópios eletromecânicos são amplamente utilizados para observar e registrar quantidades que mudam rapidamente no tempo. O que é um osciloscópio? Trata-se de um dispositivo que se destina a estudar todo tipo de sinais elétricos por observação visual de um sinal especial gravado em uma fita fotográfica ou em uma tela gráfica, bem como medir os parâmetros de amplitude e tempo do sinal na forma de um gráfico.

Todos os osciloscópios de raios catódicos possuem telas que exibem gráficos de sinais de entrada. Na forma de uma grade, uma marcação especial é aplicada à tela. Se aplicável , então suas imagens na forma de uma imagem finalizada são exibidas em uma tela, que pode ser monocromática ou colorida. Os osciloscópios analógicos usam um tubo de raios catódicos com a chamada deflexão eletrostática como tela.

Todos os osciloscópios usados ​​hoje diferem em sua finalidade, bem como na forma como emitem as informações de medição e, é claro, em como o sinal de entrada é processado.

Osciloscópios para observar formas de onda na tela com uma varredura periódica. A tela pode ser de feixe de elétrons ou de cristal líquido. Osciloscópios de varredura contínua para gravação de curvas em fitas fotográficas. Eles também são chamados de osciloscópios de loop. Existem também osciloscópios digitais e analógicos.

Ao estudá-los, é necessário entender as razões pelas quais os osciloscópios eletromecânicos são usados ​​​​apenas para estudar processos com frequência não superior a vários milhares de hertz.

Perguntas para auto-exame

Aplicações dos osciloscópios eletromecânicos?

Como é feita a varredura da curva de tensão estudada em um osciloscópio eletrônico?

De que dependem os erros de amplitude e fase dos osciloscópios eletrônicos e eletromecânicos?

Tópico 3.2 Instrumentos e métodos para medir frequência e intervalo de tempo

Métodos de medição de frequência e intervalo de tempo. Dispositivo, princípio de funcionamento, características técnicas, variedades, alcance dos medidores de frequência. Medição de intervalos de tempo.geradores de medição. Diagrama de bloco. GeradoresR- C, eu- C, batida, ruído, sinais padrão, pulso. Características dos sinais. Regras para configurar e conectar. dispositivos correspondentes. Normas de segurança.

Medição direta de frequênciacontadores de frequência, que são baseados em diferentes métodos de medição, dependendo da faixa de frequências medidas e da precisão de medição necessária. Os métodos de medição de frequência mais comuns são:método de recarga de capacitor, método ressonante, método de contagem discreta , método de comparação da frequência medida com a referência.Os contadores de frequência são usados ​​com pouca frequência. Na maioria das vezes, a função do contador de frequência embutido no multímetro é suficiente. Mas nos casos em que é necessário um resultado exato ou controle externo, sem dispositivo especial insuficiente. Esses medidores de frequência podem medir a frequência, período e ciclo de trabalho de sinais periódicos, determinar a duração dos intervalos e realizar uma contagem de tempo de referência. Modelos complexos proporcionam a possibilidade de processamento computacional dos resultados de um conjunto de medições e vários canais para implementação de algoritmos complexos para iniciar uma contagem, processar sinais com diferentes parâmetros ou realizar medições relativas.

Os geradores são usados ​​com muito menos frequência e principalmente para depuração e teste de vários dispositivos. Os geradores são divididos em baixa frequência, alta frequência e funcionais. Os primeiros formam um sinal senoidal ou meandro com frequência de vários hertz a centenas de kilohertz, os segundos - com frequências de até centenas de megahertz com possibilidade de modular o sinal de acordo com lei dada sinal externo ou interno. Geradores de funções geram sinais forma complexa(seno, retângulo, triângulo, serra, trapézio) na faixa de frequência de até dezenas de megahertz com um determinado ciclo de trabalho, bem como sinais digitais com níveis TTL e CMOS. Alguns modelos podem funcionar como geradores de frequência de varredura (de acordo com uma determinada lei) ou formar o mais simples sinal modulado em amplitude ou frequência.

Método de recarga do capacitor para cada período da frequência medida - sO valor médio da corrente de recarga é proporcional à frequência e é medido por um amperímetro magnetoelétrico, cuja escala é calibrada em unidades de frequência. Eles produzem medidores de frequência de capacitores com um limite de medição de 10 Hz - 1 MHz e um erro de medição de ± 2%.

Método de ressonância, baseado no fenômeno de ressonância elétrica em um circuito com elementos ajustáveis ​​em ressonância com uma frequência medida. A frequência medida é determinada pela escala do mecanismo de sintonia. O método é aplicado em frequências acima de 50 kHz. O erro de medição pode ser reduzido a centésimos de porcentagem.

Método de contagem discretafundamenta o trabalhomedidores de frequência digitais de contagem eletrônica. Baseia-se na contagem de pulsos da frequência medida durante um período de tempo conhecido. Fornece alta precisão de medição em qualquer faixa de frequência.

Método para comparar a frequência medida com a referência- oscilações elétricas de frequências desconhecidas e exemplares são misturadas de tal forma que ocorrem batidas de uma determinada frequência. Em uma frequência de batimento igual a zero, a frequência medida é igual à de referência. A mistura de frequências é realizada de forma heteródina (método zero beat) ou osciloscópio.

A solução de muitos problemas de engenharia de rádio está associada à medição de intervalos de tempo. Normalmente é necessário medir intervalos de tempo muito pequenos (unidades de picossegundos) e muito grandes (centenas de segundos). Os intervalos de tempo também podem ser não apenas recorrentes, mas também únicos.

Existem duas maneiras principais de medir intervalos de tempo: osciloscópio e digital.

A medição de intervalos de tempo usando um osciloscópio é realizada de acordo com o oscilograma da tensão investigada usando uma varredura "linear". Devido à não linearidade da varredura, bem como grandes erros na contagem do início e do fim do intervalo, o erro total de medição é de alguns por cento. Nos últimos anos, os intervalos de tempo têm sido medidos principalmente por métodos digitais.

Medições de intervalo de tempo com um contador de frequência digital - a medição do intervalo de tempo Tx pelo método digital baseia-se em preenchê-lo com pulsos seguidos de um período exemplar T0 e contar o númeroMxesses impulsos durante o tempo Tx.

Perguntas por Auto teste

Quais são os métodos mais comuns para medir intervalos de tempo?

Desenhe um diagrama de blocos de um medidor de intervalo de tempo digital.

Quais são os métodos para reduzir o erro?

Quais métodos de medição de frequência você conhece?

Desenhe um diagrama funcional de um contador de frequência do osciloscópio.

Tópico 3.3 Instrumentos e métodos para medir a mudança de fase

Métodos para medir a mudança de fase. Dispositivo, princípio de funcionamento, características técnicas, variedades, alcance dos medidores de fase.

A solução de muitos problemas de engenharia de rádio é impossível sem medir, juntamente com a amplitude e a frequência, também o deslocamento de fase (FS) dos sinais. Os métodos de medição de fase permitem resolver muitos problemas relacionados à faixa de medição, coordenadas, transmissão de informações imune a ruído, etc.

Por exemplo, sistemas de engenharia de rádio de fase de curto alcance fornecem medições de distância e coordenadas com um erro de 0,1 a 1 m, sistemas de satélite de navegação global permitem determinar a distância com precisão de vários milímetros e a posição angular com precisão de unidades de minutos de arco. Dispositivos baseados em métodos de fase usando tecnologia laser pode medir pequenas distâncias com um erro de 10 -9 m ou menos.

O conceito de deslocamento de fase é introduzido apenas para sinais harmônicos com a mesma frequência:
você 1 = você m 1 pecado ( w t + j 1 ) y = w t + j 0 – fase de oscilação
você 2 = você m 2 pecado ( w t + j 2 ) j 0 - fase inicial
j = y 1 - y 2 =( w t + j 1 )- ( w t + j 2 )= ê j 1 - j 2 ê
Deslocamento de fase é o módulo da diferença de fase inicial.
Conhecer a mudança de fase permite identificar as causas da distorção do sinal.
A condição para transmissão não distorcida é que a resposta de fase deve ser linear.
Os seguintes métodos são usados ​​para medir o deslocamento de fase: oscilografia, compensação, conversão de deslocamento de fase em pulsos de corrente, método de contagem discreta, etc. A medição de deslocamento de fase pelo método oscilográfico pode ser implementada usando varreduras lineares, senoidais e circulares. Para medir o deslocamento de fase pelo método de compensação com indicação oscilográfica, é montado um setup de medição, composto por um osciloscópio de feixe único, exemplarφ arr e suporteφ dentro deslocadores de fase.

A medida do deslocamento de fase pelo método de contagem discreta é baseada na fórmula em que se deve substituir em vez dos intervalos de tempo ∆Te T correspondendo a eles o número de pulsos com taxa de repetição constante. Os medidores de fase de leitura direta desse tipo são chamados de medidores de fase de contagem eletrônica ou digital. Existem vários esquemas de medidores de fase digitais, mas os medidores de fase integradores tornaram-se predominantes, nos quais o resultado da medição é o valor médio do deslocamento de fase em um grande número de períodos da tensão medida. Esses medidores de fase fornecem boa imunidade a ruídos.

Medidor de fase do microprocessador - uma expansão significativa da funcionalidade, maior confiabilidade e algumas outras características dos medidores de fase são fornecidos quando são construídos com base em um microprocessador trabalhando em conjunto com transdutores de medição. Esses medidores de fase permitem medir a mudança de fase entre dois sinais periódicos para qualquer período selecionado, observar as flutuações de tais mudanças e avaliá-las. características estatísticas: expectativa matemática, variância, média desvio padrão. Também é possível, como nos medidores de fase digitais discutidos acima, feitos de acordo com esquemas com uma lógica de operação rígida, medir o valor médio do deslocamento de fase.

A mudança de fase entre dois sinais harmônicos da mesma frequência pode ser medida com um detector de fase.

Um deslocador de fase é um dispositivo que introduz um deslocamento de fase conhecido e controlado em um circuito elétrico. O design do desfasador depende da faixa de frequência de operação para a qual se destina.

Perguntas por Auto teste

1. Qual é o significado do conceito de "fase" do sinal?

2. O que é chamado de deslocamento de fase de dois sinais?

3. Liste os principais métodos para medir a mudança de fase.

4. Qual é o método de varredura linear para medir a mudança de fase?

5. Com base em que princípio funcionam os medidores de fase de compensação?

6. Como funciona um medidor de fase digital baseado em microprocessador?

1Opção

O miliamperímetro magnetoelétrico tem um limite superior de medição de 100 mA. Uma mudança na corrente medida em 12 mA corresponde a mover a seta em 6 divisões.Determine o número de divisões, o valor da divisão e a sensibilidade da escala.

Após o reparo do amperímetro com classe de precisão de 1,5 e limite de medição de 5 A, ele foi calibrado. O maior erro absoluto foi de 0,07 A. O amperímetro manteve sua classe de precisão após o reparo?

Um voltímetro com resistência interna de 5 kΩ é conectado a um resistor adicional com resistência de 45 kΩ. Determine quantas vezes o limite de medição do voltímetro aumentou. Desenhe um diagrama da inclusão de um voltímetro com um resistor adicional.

Trabalho de controle na disciplina "Medições elétricas"

opção 2

Um voltímetro com um limite de medição superior de 600 V tem uma sensibilidade de 0,25 div / V. Ao medir a tensão, a agulha do voltímetro desviou em 50 divisões. Determine o número de divisões da escala, o valor da divisão e a tensão medida pelo voltímetro.

Um amperímetro com resistência interna de 1,2 ohms é conectado a um shunt com resistência de 0,3 ohms. Determine quantas vezes o limite de medição do amperímetro aumentou. Desenhe um diagrama de fiação para um amperímetro com um shunt.

Um amperímetro com classe de precisão de 2,5 e limite superior de medição de 20 A mostrou um valor de corrente de 11,5 A. Determine os limites do valor de corrente real.

Ao medir a corrente no circuito, o ponteiro do miliamperímetro magnetoelétrico moveu 10 divisões de 10 mA para 20 mA. A escala do miliamperímetro tem 100 divisões. Determine o limite superior de medição do dispositivo, o valor da divisão e a sensibilidade da escala.

Trabalho de controle na disciplina "Medições elétricas"

3Opção

Um amperímetro com escala de 10 divisões e limite superior de medição de 20 A mostrou uma corrente no circuito de 15 A. Determine o valor da divisão, a sensibilidade da escala e o número de divisões pelas quais a seta se desviou ao medir a corrente.

Ao calibrar um voltímetro com um limite de medição superior

50 V, o maior erro absoluto foi de 1,1 V. Que classe de precisão é atribuída ao voltímetro?

Um voltímetro com resistência interna de 200 ohms e limite superior de medição de 50 V deve ser usado para medir tensões de até 450 V. Como isso pode ser feito? Desenhe um diagrama e faça os cálculos necessários.

O valor real da corrente no circuito é de 5,23 A. Um amperímetro com limite de medição superior de 10 A mostrou uma corrente de 5,3 A. Determine os erros de medição absolutos, relativos e reduzidos.

Trabalho de controle na disciplina "Medições elétricas"

4Opção

O miliamperímetro é projetado para uma corrente de 200 mA e tem uma sensibilidade de corrente de 0,5 div/mA. A seta do miliamperímetro desviou-se em 30 divisões. Determine o número de divisões da escala, o valor da divisão e a corrente medida.

As classes de precisão de dois voltímetros são iguais e iguais a 1. O limite de medição superior do primeiro voltímetro é de 50 V e o segundo voltímetro é de 10 V. Determine em qual proporção são os maiores valores permitidos erros absolutos voltímetros.

O amperímetro magnetoelétrico tem uma resistência interna de 0,05 Ohm e um limite superior de medição de 5 A. Como o limite de medição do amperímetro pode ser estendido para 125 A?Desenhe um diagrama e faça os cálculos necessários.

Uma corrente real de 2,4 A passa por um resistor com resistência de 8 ohms. Ao medir a tensão neste resistor, o voltímetro mostrou uma tensão de 19,3 V. Determine os erros absolutos e relativos na medição de tensão.

O conteúdo do artigo

MEDIDAS ELÉTRICAS, medição de grandezas elétricas como tensão, resistência, corrente, potência. As medições são feitas usando vários meios- instrumentos de medição, circuitos e dispositivos especiais. O tipo de dispositivo de medição depende do tipo e tamanho (faixa de valores) da quantidade medida, bem como da precisão de medição necessária. As medições elétricas usam as unidades básicas do sistema SI: volt (V), ohm (Ohm), farad (F), henry (G), ampere (A) e segundo (s).

PADRÕES DE UNIDADES DE VALORES ELÉTRICOS

A medição elétrica está encontrando ( Métodos experimentais) o valor da quantidade física, expresso nas unidades apropriadas (por exemplo, 3 A, 4 B). Os valores das unidades de grandezas elétricas são determinados por acordo internacional de acordo com as leis da física e unidades quantidades mecânicas. Uma vez que a "manutenção" das unidades de grandezas elétricas determinadas por acordos internacionais é repleta de dificuldades, elas são apresentadas como padrões "práticos" de unidades de grandezas elétricas. Tais padrões são apoiados pelos laboratórios metrológicos estaduais de diferentes países. Por exemplo, nos Estados Unidos, o Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia é legalmente responsável por manter os padrões das unidades elétricas. De tempos em tempos, são realizados experimentos para esclarecer a correspondência entre os valores dos padrões de unidades de grandezas elétricas e as definições dessas unidades. Em 1990, os laboratórios metrológicos estaduais dos países industrializados assinaram um acordo sobre a harmonização de todos os padrões práticos de unidades de grandezas elétricas entre si e com definições internacionais unidades dessas quantidades.

As medições elétricas são realizadas de acordo com os padrões estaduais para tensão e corrente CC, resistência CC, indutância e capacitância. Tais normas são dispositivos que possuem características elétricas estáveis, ou instalações nas quais, com base em algumas fenômeno físico uma grandeza elétrica é reproduzida, calculada de acordo com valores conhecidos fundamental constantes físicas. Os padrões de watt e watt-hora não são suportados, pois faz mais sentido calcular os valores dessas unidades definindo equações que as relacionam com unidades de outras grandezas.

MEDINDO INSTRUMENTOS

Os instrumentos de medição elétrica geralmente medem valores instantâneos de grandezas elétricas ou grandezas não elétricas convertidas em elétricas. Todos os dispositivos são divididos em analógicos e digitais. Os primeiros geralmente mostram o valor da quantidade medida por meio de uma seta que se move ao longo de uma escala com divisões. Estes últimos estão equipados com um display digital que mostra o valor medido como um número. Os medidores digitais são preferidos para a maioria das medições porque são mais precisos, fáceis de ler e geralmente mais versáteis. Multímetros digitais (“multímetros”) e voltímetros digitais são usados ​​para medir com precisão média a alta resistência CC, bem como tensão e corrente CA. Os dispositivos analógicos estão gradualmente sendo substituídos pelos digitais, embora ainda encontrem aplicação onde o baixo custo é importante e a alta precisão não é necessária. Para as medições mais precisas de resistência e impedância (impedância), existem pontes de medição e outros medidores especializados. Dispositivos de gravação são usados ​​para registrar o curso da mudança no valor medido ao longo do tempo - gravadores e osciloscópios eletrônicos, analógicos e digitais.

INSTRUMENTOS DIGITAIS

Todos, exceto os medidores digitais mais simples, usam amplificadores e outros componentes eletrônicos para converter o sinal de entrada em um sinal de tensão, que é então digitalizado por um conversor analógico-digital (ADC). Um número que expressa o valor medido é exibido em um indicador (display) de LED (LED), fluorescente a vácuo ou de cristal líquido (LCD). O dispositivo é normalmente controlado por um microprocessador embutido, e em eletrodomésticos simples o microprocessador é combinado com o ADC em um único circuito integrado. Os instrumentos digitais são adequados para operação quando conectados a um computador externo. Em alguns tipos de medições, esse computador alterna as funções de medição do instrumento e emite comandos de transmissão de dados para seu processamento.

Conversores analógico-digitais.

Existem três tipos principais de ADCs: integrando, aproximação sucessiva e paralelo. O ADC de integração calcula a média do sinal de entrada ao longo do tempo. Dos três tipos listados, este é o mais preciso, embora o "mais lento". O tempo de conversão do ADC integrador está na faixa de 0,001 a 50 s ou mais, o erro é de 0,1 a 0,0003%. O erro de aproximação sucessiva ADC é um pouco maior (0,4–0,002%), mas o tempo de conversão é de ~10 µs a ~1 ms. Os ADCs paralelos são os mais rápidos, mas também os menos precisos: seu tempo de conversão é de cerca de 0,25 ns, o erro é de 0,4 a 2%.

Métodos de discretização.

O sinal é discretizado no tempo medindo-o rapidamente em pontos individuais no tempo e mantendo (armazenando) os valores medidos durante sua conversão para o formato digital. A sequência de valores discretos recebidos pode ser exibida como uma curva com uma forma de onda; elevando esses valores ao quadrado e somando-os, você pode calcular o valor RMS do sinal; eles também podem ser usados ​​para calcular o tempo de subida, valor máximo, média de tempo, espectro de frequência, etc. A amostragem de tempo pode ser feita em um único período do sinal ("tempo real") ou (com amostragem sequencial ou aleatória) em vários períodos repetidos.

Voltímetros e multímetros digitais.

Voltímetros e multímetros digitais medem o valor quase estático de uma grandeza e o indicam numericamente. Os voltímetros medem diretamente apenas a tensão, geralmente CC, enquanto os multímetros podem medir tensão CC e CA, corrente, resistência CC e, às vezes, temperatura. Estes são os instrumentos de teste de uso geral mais comuns com uma precisão de medição de 0,2 a 0,001% e estão disponíveis com um display digital de 3,5 ou 4,5 dígitos. Um caractere "meio inteiro" (dígito) é uma indicação condicional de que o display pode mostrar números que vão além do número nominal de caracteres. Por exemplo, um display de 3,5 dígitos (3,5 dígitos) na faixa de 1-2 V pode mostrar tensões de até 1,999 V.

Medidores de resistência total.

Estes são instrumentos especializados que medem e exibem a capacitância de um capacitor, a resistência de um resistor, a indutância de um indutor ou a resistência total (impedância) de um capacitor ou conexão indutor-resistor. Instrumentos deste tipo estão disponíveis para medir capacitância de 0,00001 pF a 99,999 µF, resistência de 0,00001 Ω a 99,999 kΩ e indutância de 0,0001 mH a 99,999 G. As medições podem ser feitas em frequências de 5 Hz a 100 MHz, embora nenhum dispositivo não cobre toda a faixa de frequência. Em frequências próximas a 1 kHz, o erro pode ser de apenas 0,02%, mas a precisão diminui próximo aos limites das faixas de frequência e valores medidos. A maioria dos instrumentos também pode exibir valores derivados, como o fator de qualidade de uma bobina ou o fator de perda de um capacitor, calculado a partir dos principais valores medidos.

INSTRUMENTOS ANALÓGICOS

Para medir tensão, corrente e resistência em corrente contínua, são utilizados dispositivos magnetoelétricos analógicos com um ímã permanente e uma parte móvel multivoltas. Tais dispositivos do tipo ponteiro são caracterizados por um erro de 0,5 a 5%. Eles são simples e baratos (por exemplo, instrumentos automotivos que mostram corrente e temperatura), mas não são usados ​​onde qualquer precisão significativa é necessária.

Dispositivos magnetoelétricos.

Em tais dispositivos, é utilizada a força de interação do campo magnético com a corrente nas espiras do enrolamento da parte móvel, tendendo a girar a última. O momento desta força é equilibrado pelo momento criado pela mola contrária, de modo que cada valor da corrente corresponde a uma determinada posição da seta na escala. A parte móvel tem a forma de uma armação de arame multi-voltas com dimensões de 3x5 a 25x35 mm e é feita o mais leve possível. A parte móvel, montada em rolamentos de pedra ou suspensa por uma faixa de metal, é colocada entre os pólos de um forte ímã permanente. Duas molas helicoidais que equilibram o torque também servem como condutores de corrente para o enrolamento da parte móvel.

O dispositivo magnetoelétrico responde à corrente que passa pelo enrolamento de sua parte móvel e, portanto, é um amperímetro ou, mais precisamente, um miliamperímetro (já que o limite superior da faixa de medição não excede cerca de 50 mA). Ele pode ser adaptado para medir correntes mais altas conectando um resistor shunt com baixa resistência em paralelo com o enrolamento da parte móvel, de modo que apenas uma pequena fração da corrente total medida seja ramificada no enrolamento da parte móvel. Tal dispositivo é adequado para correntes medidas em muitos milhares de amperes. Se você conectar um resistor adicional em série com o enrolamento, o dispositivo se transformará em um voltímetro. A queda de tensão em tal conexão em série é igual ao produto da resistência do resistor e a corrente mostrada pelo dispositivo, de modo que sua escala pode ser graduada em volts. Para fazer um ohmímetro de um miliamperímetro magnetoelétrico, você precisa conectar resistores medidos em série a ele e aplicar a esta conexão serial pressão constante como a energia da bateria. A corrente em tal circuito não será proporcional à resistência e, portanto, é necessária uma escala especial para corrigir a não linearidade. Então será possível fazer uma leitura direta da resistência em uma escala, embora com uma precisão não muito alta.

Galvanômetros.

Dispositivos magnetoelétricos também incluem galvanômetros - dispositivos altamente sensíveis para medir correntes extremamente pequenas. Não há rolamentos nos galvanômetros, sua parte móvel é suspensa em uma fita ou fio fino, um campo magnético mais forte é usado e o ponteiro é substituído por um espelho colado ao fio de suspensão (Fig. 1). O espelho gira junto com a parte móvel, e o ângulo de sua rotação é estimado pelo deslocamento do ponto de luz que ele emite em uma escala fixada a uma distância de cerca de 1 m.uA.

APARELHOS DE GRAVAÇÃO

Dispositivos de gravação registram o "histórico" da mudança no valor do valor medido. Os tipos mais comuns de tais instrumentos são registradores de gráfico de tiras, que registram uma curva de mudança de quantidade em uma fita de papel com uma caneta, osciloscópios eletrônicos analógicos, que varrem uma curva de processo em uma tela de tubo de raios catódicos, e osciloscópios digitais, que armazenam um ou dois raramente repetindo sinais. A principal diferença entre esses dispositivos está na velocidade de gravação. Gravadores de gráfico de tiras, com suas partes mecânicas móveis, são mais adequados para gravar sinais que mudam em segundos, minutos e até mais lentos. Os osciloscópios eletrônicos são capazes de registrar sinais que mudam ao longo do tempo de milionésimos de segundo a vários segundos.

PONTES DE MEDIÇÃO

Uma ponte de medição é geralmente um circuito elétrico de quatro braços composto de resistores, capacitores e indutores, projetado para determinar a relação dos parâmetros desses componentes. Uma fonte de energia é conectada a um par de pólos opostos do circuito e um detector nulo é conectado ao outro. As pontes de medição são usadas apenas nos casos em que é necessária a mais alta precisão de medição. (Para medições de precisão média, os instrumentos digitais são melhores porque são mais fáceis de manusear.) As melhores pontes de transformadores CA têm um erro (medição de relação) da ordem de 0,0000001%. A ponte mais simples para medir a resistência é nomeado após seu inventor C. Wheatstone.

Ponte de medição DC dupla.

É difícil conectar fios de cobre a um resistor sem introduzir resistência de contato da ordem de 0,0001 ohm ou mais. No caso de uma resistência de 1 Ω, tal cabo de corrente introduz um erro da ordem de apenas 0,01%, mas para uma resistência de 0,001 Ω, o erro será de 10%. Ponte de medição dupla (ponte Thomson), cujo esquema é mostrado na fig. 2 é projetado para medir a resistência de resistores de referência de baixo valor. A resistência de tais resistores de referência de quatro pólos é definida como a razão da tensão entre seus terminais de potencial ( R 1 , R 2 resistores R$ e R 3 , p 4 resistores R x na fig. 2) à corrente através de seus grampos de corrente ( Com 1 , Com 2 e Com 3 , Com quatro). Com esta técnica, a resistência dos fios de conexão não introduz erros no resultado da medição da resistência desejada. Dois braços extras m e n eliminar a influência do fio de conexão 1 entre grampos Com 2 e Com 3 . resistência m e n esses ombros são selecionados para que a igualdade M/m= N/n. Então, alterando a resistência R$, reduza o desequilíbrio a zero e encontre

R x = R$(N/M).

Pontes de medição de corrente alternada.

As pontes de medição AC mais comuns são projetadas para medir na frequência da rede 50-60 Hz ou em frequências de áudio(geralmente em torno de 1000 Hz); pontes de medição especializadas operam em frequências de até 100 MHz. Como regra, na medição de pontes de corrente alternada, em vez de duas pernas, que definem exatamente a relação de tensões, é usado um transformador. Uma exceção a esta regra é a ponte de medição Maxwell-Wien.

Ponte de medição Maxwell-Wien.

Essa ponte de medição permite comparar padrões de indutância ( eu) com padrões de capacitância em uma frequência de operação desconhecida. Os padrões de capacitância são usados ​​em medições de alta precisão porque são estruturalmente mais simples que os padrões de indutância de precisão, mais compactos, mais fáceis de blindar e praticamente não criam campos eletromagnéticos externos. As condições de equilíbrio para esta ponte de medição são: L x = R 2 R 3 C 1 e R x = (R 2 R 3) /R 1 (Fig. 3). A ponte é balanceada mesmo no caso de uma fonte de alimentação "impura" (ou seja, uma fonte de sinal contendo harmônicos de frequência fundamental), se o valor L x não depende da frequência.

Ponte de medição do transformador.

Uma das vantagens das pontes de medição AC é a facilidade de ajustar a relação de tensão exata através de um transformador. Ao contrário dos divisores de tensão construídos a partir de resistores, capacitores ou indutores, os transformadores mantêm uma relação de tensão definida por um longo tempo e raramente precisam ser recalibrados. Na fig. 4 mostra um diagrama de uma ponte de medição de transformador para comparar duas impedâncias idênticas. As desvantagens da ponte de medição do transformador incluem o fato de que a relação dada pelo transformador depende em certa medida da frequência do sinal. Isso leva à necessidade de projetar pontes de medição de transformadores apenas para faixas de frequência limitadas, nas quais a precisão do passaporte é garantida.

Aterramento e blindagem.

Detectores nulos típicos.

Dois tipos de detectores nulos são mais comumente usados ​​em pontes de medição AC. O detector nulo de um deles é um amplificador ressonante com um dispositivo de saída analógica que mostra o nível do sinal. Outro tipo de detector nulo é o detector sensível à fase, que separa o sinal de desequilíbrio em componentes ativos e reativos e é útil nos casos em que apenas um dos componentes desconhecidos (digamos, indutância) precisa ser exatamente balanceado. eu mas sem resistência R indutores).

MEDIÇÃO DE SINAL AC

No caso de sinais AC variantes no tempo, geralmente é necessário medir algumas de suas características relacionadas aos valores instantâneos do sinal. Na maioria das vezes, é desejável conhecer os valores rms (rms) das grandezas elétricas CA, pois a potência de aquecimento em 1 VCC corresponde à potência de aquecimento em 1 V (rms) CA. Junto com isso, outros valores podem ser de interesse, por exemplo, o valor absoluto máximo ou médio. O valor rms (efetivo) da tensão (ou intensidade) da corrente alternada é definido como a raiz quadrada do quadrado médio da tensão (ou intensidade da corrente):

Onde T- período de sinal S(t). Valor máximo S max é o maior valor instantâneo do sinal, e o valor absoluto médio YAAé o valor absoluto médio ao longo do tempo. Com uma forma de onda senoidal S ef = 0,707 S máximo e YAA = 0,637S Máx.

Medição de tensão e força de corrente alternada.

Quase todos os medidores de tensão e corrente CA mostram um valor que se propõe a ser considerado como o valor efetivo do sinal de entrada. No entanto, instrumentos baratos geralmente medem o valor médio absoluto ou máximo do sinal, e a escala é calibrada para que a leitura corresponda ao valor efetivo equivalente, assumindo que o sinal de entrada é senoidal. Não deve ser esquecido que a precisão de tais dispositivos é extremamente baixa se o sinal não for senoidal. Instrumentos capazes de medir true rms de sinais AC podem ser baseados em um dos três princípios: multiplicação eletrônica, amostragem de sinal ou conversão térmica. Instrumentos baseados nos dois primeiros princípios, como regra, respondem à tensão e medidores elétricos térmicos - à corrente. Ao usar resistores adicionais e shunt, todos os dispositivos podem medir corrente e tensão.

Multiplicação eletrônica.

A quadratura e a média ao longo do tempo do sinal de entrada em alguma aproximação são realizadas Circuitos eletrônicos com amplificadores e elementos não lineares para realizar operações matemáticas como encontrar o logaritmo e o antilogaritmo de sinais analógicos. Dispositivos deste tipo podem ter um erro da ordem de apenas 0,009%.

Discretização de sinal.

O sinal AC é digitalizado por um ADC rápido. Os valores de sinal amostrados são elevados ao quadrado, somados e divididos pelo número de valores amostrados em um período de sinal. O erro de tais dispositivos é de 0,01 a 0,1%.

Instrumentos de medição elétrica térmica.

A mais alta precisão de medição dos valores efetivos de tensão e corrente é fornecida por instrumentos de medição elétrica térmica. Eles usam um conversor de corrente térmica na forma de um pequeno cartucho de vidro evacuado com um fio de aquecimento (0,5 a 1 cm de comprimento), na parte central do qual uma junção de termopar quente é conectada com uma pequena conta. O cordão fornece contato térmico e isolamento elétrico ao mesmo tempo. Com o aumento da temperatura, diretamente relacionado ao valor efetivo da corrente no fio de aquecimento, aparece um termo-EMF (tensão CC) na saída do termopar. Tais transdutores são adequados para medir corrente alternada com frequência de 20 Hz a 10 MHz.

Na fig. 5 mostra um diagrama esquemático de um dispositivo de medição elétrico térmico com dois conversores térmicos de corrente selecionados de acordo com os parâmetros. Quando uma tensão CA é aplicada ao circuito de entrada V conversor de termopar de saída ac TS 1 tensão DC ocorre, o amplificador MAS cria uma corrente contínua no fio de aquecimento do conversor TS 2, em que o termopar deste último fornece a mesma tensão CC, e um instrumento CC convencional mede a corrente de saída.

Com a ajuda de um resistor adicional, o medidor de corrente descrito pode ser transformado em um voltímetro. Como os medidores térmicos medem apenas correntes entre 2 mA e 500 mA diretamente, são necessários shunts de resistor para medir correntes mais altas.

Potência AC e medição de energia.

A potência consumida pela carga no circuito CA é igual ao produto médio no tempo dos valores instantâneos da tensão e da corrente da carga. Se a tensão e a corrente variam senoidalmente (como geralmente é o caso), então a potência R pode ser representado como P = EI porque j, Onde E e EU – valores efetivos tensão e corrente, e j– ângulo de fase (ângulo de deslocamento) das senoides de tensão e corrente. Se a tensão for expressa em volts e a corrente em amperes, a potência será expressa em watts. multiplicador de cos j, chamado de fator de potência, caracteriza o grau de sincronismo das flutuações de tensão e corrente.

Do ponto de vista econômico, a grandeza elétrica mais importante é a energia. Energia Cé determinado pelo produto da potência e o tempo de seu consumo. NO forma matemática está escrito assim:

Se o tempo ( t 1 - t 2) Medido em segundos, tensão e- em volts e corrente eu- em amperes, então a energia C será expresso em watts-segundos, ou seja, joules (1 J = 1 Wh s). Se o tempo é medido em horas, então a energia é medida em watts-hora. Na prática, é mais conveniente expressar a eletricidade em quilowatts-hora (1 kWh = 1000 Wh).

Medidores de eletricidade com divisão de tempo.

Os medidores de eletricidade por divisão de tempo usam um método muito peculiar, mas preciso, de medir a energia elétrica. Este dispositivo tem dois canais. Um canal é uma chave eletrônica que passa ou não passa o sinal de entrada S(ou entrada invertida - S) para o filtro passa-baixa. O estado da chave é controlado pelo sinal de saída do segundo canal com a relação de intervalos de tempo "fechado"/"aberto" proporcional ao seu sinal de entrada. O sinal médio na saída do filtro é igual ao produto médio no tempo dos dois sinais de entrada. Se uma entrada é proporcional à tensão de carga e a outra é proporcional à corrente de carga, então a tensão de saída é proporcional à potência consumida pela carga. O erro desses contadores de produção industrial é de 0,02% em frequências de até 3 kHz (laboratório - cerca de apenas 0,0001% em 60 Hz). Como instrumentos de alta precisão, eles são usados ​​como medidores exemplares para verificação de instrumentos de medição em funcionamento.

Discretizando wattímetros e medidores de energia elétrica.

Tais dispositivos são baseados no princípio de um voltímetro digital, mas possuem dois canais de entrada que amostram sinais de corrente e tensão em paralelo. Cada valor discreto e(k) representando os valores instantâneos do sinal de tensão no momento da amostragem, é multiplicado pelo valor discreto correspondente eu(k) do sinal atual recebido ao mesmo tempo. A média de tempo de tais produtos é a potência em watts:

Um acumulador que acumula produtos de valores discretos ao longo do tempo fornece a energia elétrica total em watts-hora. O erro dos medidores de eletricidade pode ser tão baixo quanto 0,01%.

Medidores de eletricidade por indução.

Um medidor de indução nada mais é do que um motor CA de baixa potência com dois enrolamentos - um enrolamento de corrente e um enrolamento de tensão. Um disco condutor colocado entre os enrolamentos gira sob a ação de um torque proporcional à potência de entrada. Este momento é equilibrado pelas correntes induzidas no disco pelo ímã permanente, de modo que a velocidade de rotação do disco é proporcional à potência consumida. O número de revoluções do disco para um determinado tempo é proporcional à eletricidade total recebida pelo consumidor durante esse tempo. O número de revoluções do disco é contado por um contador mecânico, que mostra a eletricidade em quilowatts-hora. Dispositivos deste tipo são amplamente utilizados como medidores de eletricidade doméstica. Seu erro, via de regra, é de 0,5%; eles se distinguem por uma longa vida útil em quaisquer níveis de corrente permitidos.

Literatura:

Atamalyan E. G. e etc Dispositivos e métodos para medir grandezas elétricas. M., 1982
Malinovsky V. N. e etc Medições elétricas. M., 1985
Avdeev B.Ya. e etc Noções básicas de metrologia e medições elétricas. L., 1987