Тема 1.5. Приборы для измерения электрических величин. Измерение типовых величин и регистрация процессов.

При выполнении наладочных работ, приходится измерять сопротивления, значения которых лежат в диапазоне от десятков микроом до сотен мегаом, электрическую емкость, индуктивность и другие электрические величины.

При измерении сопротивлений применяют следующие методы:

- омметра (микроомметра);

- вольтметра – амперметра;

- одного (двух) вольтметров;

- мостовые (одинарный и двойной мосты);

- вольтметра – амперметра - ваттметра.

В зависимости от вида наладочных работ измерение сопротивлений производят на постоянном и переменном токе.

Измерение сопротивления постоянному току омметром, тестером или мультиметром.

Метод предназначен для измерения сопротивления постоянному току от 1 Ом до 100 кОм (при напряжении питания менее 30 В) и более 100 кОм (при напряжении питания более 30 В) . Точность измерения зависит от класса точности омметра. Применяется следующая схема измерения:

Применяются переносные стрелочные ампервольтомметры (тестеры) типов: Ц-20, Ц-4131, Ц-4114, Ц-4360 с классом точности от 2,5 до 4 или аналогичные им цифровые мультиметры. Кроме этого, в условиях лабораторий, применяются стационарные омметры типов: М218, М371 и другие с классом точности 1,5.

Перед измерением необходимо нажать кнопку SB или замкнуть накоротко щупы тестера и установить переменным резистором стрелку омметра на ноль. После этого подключить измеряемое сопротивление и произвести отсчет показаний по шкале измерительного прибора PR.

Измерение сопротивления постоянному току методом амперметра-вольтметра.

По сравнению с предыдущим методом этот метод обеспечивает более высокую точность при использовании измерительных приборов с классом точности не более 1. Применяется следующая схема измерения:

Измеряемое сопротивление вычисляется по формуле : . Для повышения точности рекомендуется произвести три измерения и вычислить среднее арифметическое.

Переменный резистор R_рег предназначен для регулирования тока в цепи - чтобы при измерении стрелки амперметра и вольтметра находились в средней части шкалы (для повышения точности измерения).

Метод измерения сопротивления постоянному току одинарным мостом.

Метод является наиболее точным из ранее рассмотренных. Используются стационарные измерительные мосты типов УВМ (класс точности 0,5) и ММВ (класс точности 2) с диапазоном измерений 0,05 Ом ÷ 50 кОм; стационарный мост Р316 (класс точности 0,5 ÷ 2) с диапазоном измерений 2 Ом ÷ 1 МОм; стационарный мост Р333 (класс точности 0,5 ÷ 2) с диапазоном измерений 1∙10^-5 Ом ÷ 20 Ом. Для более точного измерения применяется метод двойного моста, например, с применением измерительного моста МД-6 с классом точности 0,5 и диапазоном измерений 1∙10^-6 Ом ÷ 100 Ом.

В случае применения одинарного моста используется следующая схема измерений:

Принцип работы моста (измерения сопротивления r_x) основывается на восстановлении баланса моста, который состоит из двух магазинов сопротивлений R₁ и R₂, постоянного образцового резистора R₀ и измеряемого сопротивления r_x. Шкалы магазинов сопротивлений проградуированы в омах и килоомах. После подключения питающего напряжения U_п переключением рукояток магазинов сопротивлений R₁ и R₂ добиваются установки индикатора (микроамперметра, гальванометра) на ноль. Это означает, что тока в диагонали а-б нет, т.е мост сбалансирован, при этом осуществляется равенство:

Отсчет измеряемого сопротивления r_x производится по суммарному положению рукояток магазинов сопротивлений (на практике по показанию R₁ отсчитывают числовое значение сопротивления - например 334, а по показанию R₂ отсчитывают множитель, например х1 Ом, х10 Ом, х100 Ом и т.д.).

Измерение сопротивления переменному току методом амперметра-вольтметра (рис.4).

Сопротивление переменному току (индуктивное X_L , емкостное X_C, полное Z), необходимо измерять во время наладочных работ в случае перегрева обмоток электродвигателей, реле, контакторов, нагрева конденсаторов различной конструкции и т.д.

Имеется два метода измерения:

-метод амперметра-вольтметра;

-метод ваттметра.

Метод амперметра-вольтметра аналогичен методу измерения на постоянном токе, но питание производится переменным током:

Метод позволяет измерить только полное сопротивление Z_X, которое рассчитывается по формуле: .

Точность измерения зависит от класса точности измерительных приборов _PA и _PV.

Метод ваттметра (рис.5)

Применяется, когда необходимо определить не только полное сопротивление Z_X, но также активное r_x и реактивное X_X. Применяется следующая схема измерения:

Измеряемое сопротивление определяется по формулам:

.

Методы и средства проверки и измерения емкости и индуктивности при наладке электрооборудования.

Проверку исправности конденсаторов (отсутствие обрывов, наличие емкости, наличие короткого замыкания) можно определить омметром на пределах и . Для этого подключают конденсатор щупами к омметру. При этом стрелка омметра должна от «бесконечности» резко переместиться вправо (к нулю) на расстояние, зависящее от емкости конденсатора (чем больше емкость, тем больше отклонение стрелки). Если конденсатор имеет К.З, то стрелка останется в положении «0», если конденсатор в обрыве, то стрелка останется на «бесконечности». Если конденсатор исправен, то начинается его заряд и стрелка начнет передвигаться обратно к «бесконечности». Чем больше емкость конденсатора, тем дольше будет происходить этот процесс. В результате заряда исправный конденсатор должен иметь сопротивление «бесконечность» (для бумажных, слюдяных и полупроводниковых конденсаторов) и сопротивление более 400 кОм для электролитических конденсаторов.

Измерение индуктивности и емкости.

К приборам непосредственной оценки значения измеряемой емкости относятся микрофарадметры, действие которых базируется на зависимости тока или напряжения в цепи переменного тока от значения, включенной в неё измеряемой емкости. Значение емкости определяют по шкале стрелочного измерителя.

Более широко для измерения параметров конденсаторов и индуктивностей применяют уравновешенные мосты переменного тока, позволяющие получить малую погрешность измерения (до 1%). Питание моста осуществляется от генераторов, работающих на фиксированной частоте 400-1000 Гц. В качестве индикаторов применяют выпрямительные или электронные милливольтметры, а так же осциллографические индикаторы.

Измерение производят балансированием моста в результате переменной подстройки двух его плеч. Отсчет показаний берется по лимбам рукояток тех плеч, которыми сбалансирован мост. В качестве примера рассмотрим измерительные мосты, являющиеся основой измерителя индуктивности Е3-3(рис.3.21) и измерителя емкости Е8-3 (рис.3.22).

При балансе моста (рис.3.21) индуктивность катушки и её добротность определяют по формулам:
;

При балансе мостов (рис.3.22) измеряемая емкость и сопротивление потерь определяют по формулам:

;

Для измерения малых емкостей (не более 0,01-0,05 мкФ) и высокочастотных катушек индуктивности в диапазоне их рабочих частот широко используют резонансные методы. Резонансная схема обычно включает в себя генератор высокой частоты, индуктивно или через емкость связанный с измерительным LC-контуром. В качестве индикаторов резонанса применяют чувствительные высокочастотные приборы, реагирующие на ток или напряжение.

Методом амперметра-вольтметра измеряют сравнительно большие емкости и индуктивности при питании низкой частоты 50-1000 Гц.

По показаниям приборов измеряется полное сопротивление: ,

; ; ; из этих выражений можно определить

; ;

Когда можно пренебречь активными потерями в конденсаторе или катушке индуктивности, используют следующую схему :

В этом случае: ; ; .