Дипломная работа: Техническое обслуживание и ремонт электроизмерительных приборов (милливольтметра)

Глава 1. Электроизмерительные приборы

1.1 Основные понятия и общие сведения из теории измерений

Показания (сигналы) электроизмерительных приборов используют для оценки работы различных электротехнических устройств и состояния электрооборудования, в частности состояния изоляции. Электроизмерительные приборы отличаются высокой чувствительностью, точностью измерений, надежностью и простотой исполнения [2, c. 54].

Наряду с измерением электрических величин - тока, напряжения, мощности электрической энергии, магнитного потока, емкости, частоты и т. д. - с их помощью можно измерять и неэлектрические величины.

Показания электроизмерительных приборов можно передавать на дальние расстояния (телеизмерение), они могут использоваться для непосредственного воздействия на производственные процессы (автоматическое регулирование); с их помощью регистрируют ход контролируемых процессов, например путем записи на ленте и т. д. [7, c. 23]

Применение полупроводниковой техники существенно расширило область применения электроизмерительных приборов.

Измерить какую-либо физическую величину - это значит найти ее значение опытным путем с помощью специальных технических средств [10, c. 13].

Для различных измеряемых электрических величин существуют свои средства измерений, так называемые меры. Например, мерами э. д. с. служат нормальные элементы, мерами электрического сопротивления - измерительные резисторы, мерами индуктивности - измерительные катушки индуктивности, мерами электрической емкости - конденсаторы постоянной емкости и т. д.

На практике для измерения различных физических величин применяют различные методы измерения. Все измерения от способа получения результата делятся на прямые и косвенные. При прямом измерении значение величины получают непосредственно из опытных данных. При косвенном измерении искомое значение величины находят путем подсчета с использованием известной зависимости между этой величиной и величинами, получаемыми на основании прямых измерений. Так, определить сопротивление участка цепи можно путем измерения протекающего по нему тока и приложенного напряжения с последующим подсчетом этого сопротивления из закона Ома [4, c. 43].

Наибольшее распространение в электроизмерительной технике получили методы прямого измерения, так как они обычно проще и требуют меньших затрат времени [7, c. 76].

В электроизмерительной технике используют также метод сравнения, в основе которого лежит сравнение измеряемой величины с воспроизводимой мерой. Метод сравнения может быть компенсационным и мостовым. Примером применения компенсационного метода служит измерение напряжения путем сравнения его значения со значением э. д. с. нормального элемента. Примером мостового метода является измерение сопротивления с помощью четырехплечной мостовой схемы. Измерения компенсационным и мостовым методами очень точные, но для их проведения требуется сложная измерительная техника.

При любом измерении неизбежны погрешности, т. е. отклонения результата измерения от истинного значения измеряемой величины, которые обусловливаются, с одной стороны, непостоянством параметров элементов измерительного прибора, несовершенством измерительного механизма (например, наличием трения и т. д.), влиянием внешних факторов (наличием магнитных и электрических полей), изменением температуры окружающей среды и т. д., а с другой стороны, несовершенством органов чувств человека и другими случайными факторами. Разность между показанием прибора А_П и действительным значением измеряемой величины А_Д , выраженная в единицах измеряемой величины, называется абсолютной погрешностью измерения:

(1)

Величина, обратная по знаку абсолютной погрешности, носит название поправки:

(2)

Для получения истинного значения измеряемой величины необходимо к измеренному значению величины прибавить поправку:

(3)

Для оценки точности произведенного измерения служит относительная погрешность δ, которая представляет собой отношение абсолютной погрешности к истинному значению измеряемой величины, выраженное обычно в процентах [9, c. 67]:

(4)

Следует отметить, что по относительным погрешностям оценивать точность, например, стрелочных измерительных приборов весьма неудобно, так как для них абсолютная погрешность вдоль всей шкалы практически постоянна, поэтому с уменьшением значения измеряемой величины растет относительная погрешность (4). Рекомендуется при работе со стрелочными приборами выбирать пределы измерения величины так, чтобы не пользоваться начальной частью шкалы прибора, т. е. отсчитывать показания по шкале ближе к ее концу.

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

(5)

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

Погрешности приборов подразделяют на основную, присущую прибору при нормальных условиях применения вследствие несовершенства его конструкции и выполнения, и дополнительную, обусловленную влиянием на показания прибора различных внешних факторов [3, c. 87].

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

Допустимое значение основной погрешности электроизмерительного прибора служит основанием для определения его класса точности. Так, электроизмерительные приборы по степени точности подразделяются на восемь классов: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0, причем цифра, обозначающая класс точности, указывает на наибольшее допустимое значение основной погрешности прибора (в процентах). Класс точности указывается на шкале каждого измерительного прибора и представляет собой цифру, обведенную кружком.

Шкалу прибора разбивают на деления. Цена деления (или постоянная прибора) есть разность значений величины, которая соответствует двум соседним отметкам шкалы. Определение цены деления, например, вольтметра и амперметра производят следующим образом: C_U = U_H /N - число вольт, приходящееся на одно деление шкалы; C_I = I_H /N - число ампер, приходящееся на одно деление шкалы; N - число делений шкалы соответствующего прибора.

Важной характеристикой прибора является чувствительность S, которую, например, для вольтметра S_U и амперметра S_I , определяют следующим образом: S_U = N/U_H - число делений шкалы, приходящееся на 1 В; S_I = N/I_Н - число делений шкалы, приходящееся на 1 А [6, c. 91].

1.2 Классификация электроизмерительных приборов