φ находят по измеренным величинам мощности Р , напряжения U и тока I , значение сопротивления – по измеренным величинам U и I и т. д. Это косвенный метод измерения .
В измерительной технике и особенно в автоматических устройствах широко используется метод сравнения . В основе этого метода лежит сравнение измеряемой величины с известной идентичной физической величиной. Из области неэлектрических измерений можно, например, указать известный способ определения при помощи чашечных весов массы (веса) какого(либо предмета путем сравнения его с массой (весом) гирь в момент равновесия.
В электроизмерительной технике различают две разновидности метода сравнения: мостовой компенсационный .
30. ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ
Для измерения значения напряжения на каком(либо элементе электрической цепи (генераторе, трансформаторе, нагрузке) к выводам элемента присоединяют вольтметр. Для уменьшения погрешности измерения необходимо, чтобы сопротивление вольтметра (или общее сопротивление вольтметра и добавочного резистора) было на два порядка больше сопротивления любого элемента измеряемой цепи.
Индуктивность катушки амперметра при переменном токе зависит от значения тока ; соотношение токов в катушке амперметра и шунте здесь не остается постоянным. Поэтому шунты в цепях переменного тока не применяются.
Для расширения предела измерения вольтметра (в k раз) в цепях напряжением до 500 В обычно применяют добавочные резисторы, включаемые последовательно с обмоткой вольтметра (рис. 35).
Рис. 35. Схема присоединения добавочного резистора к вольтметру
Сопротивление добавочного резистора r д определяют из соотношения
где U max – наибольшее значение измеряемого напряжения (предел измерения напряжения вольтметром при наличии добавочного резистора);
U в, Н – предельное (номинальное) значение напряжения прибора при отсутствии добавочного резистора.
Отсюда:
Значение фактически измеряемого напряжения U определяется из соотношения
где U в – показание вольтметра.
Шкалу вольтметра градуируют с учетом включенного добавочного резистора.
В цепях переменного тока высокого напряжения для расширения пределов измерения вольтметров применяют трансформаторы напряжения.
В измерительной технике и особенно в автоматических устройствах широко используется метод сравнения . В основе этого метода лежит сравнение измеряемой величины с известной идентичной физической величиной. Из области неэлектрических измерений можно, например, указать известный способ определения при помощи чашечных весов массы (веса) какого(либо предмета путем сравнения его с массой (весом) гирь в момент равновесия.
В электроизмерительной технике различают две разновидности метода сравнения: мостовой и компенсационный . Примером мостового метода является измерение сопротивления при помощи четырехплечевой мостовой схемы. Примером компенсационного метода может служить измерение напряжения путем сравнения с известной ЭДС нормального элемента. Методы сравнения отличаются большой точностью, но техника этих измерений сложнее техники измерений методом непосредственной оценки.
31. ИЗМЕРЕНИЯ МОЩНОСТИ
Измерение активной мощности в цепях однофазного тока . Для измерения мощности Р служат ваттметры электродинамической системы; схема включения ваттметра изображена на рисунке 36. Неподвижная обмотка 1—1 прибора называется токовой и включается в цепь последовательно. Подвижная обмотка 2—2 называется обмоткой напряжения и включается в цепь параллельно.
Рис. 36. Схема включения ваттметра
Ток I 2 в обмотке напряжения 2—2 пропорционален напряжению U контролируемой цепи и совпадает с ним по фазе, а ток I 1 равен току I нагрузки.
Момент, действующий на подвижную обмотку, равен М вр = CUI ; cos φ = CP ,
где С – коэффициент пропорциональности .
Поскольку противодействующий момент М пр пропорционален углу поворота a стрелки, отклонение стрелки пропорционально измеряемой активной мощности Р .
Для правильного включения ваттметра один из выводов токовой обмотки и один из выводов обмотки напряжения отмечают звездочками (*). Эти выводы, называемые генераторными , необходимо включать со стороны источника питания.
Следует отметить, что электродинамическими ваттметрами можно измерять также мощность в цепях постоянного тока.
Измерение активной и реактивной мощностей в цепях трехфазного тока. Для измерения мощности трехфазного приемника применяют различные схемы включения ваттметров.
При симметричной нагрузке активную мощность Р можно измерить одним ваттметром.
Общая мощность потребителя:
P = 3 W ,
где W – показание ваттметра.
При несимметричной нагрузке мощность трехфазного приемника можно измерить тремя ваттметрами. Общая мощность приемника в этом случае:
P = W 1 + W 2 + W 3.
В трехпроводных системах трехфазного тока при симметричной и несимметричной нагрузках и любом способе соединения приемников широко распространена схема измерения мощности двумя ваттметрами.
Ток совпадает по фазе с напряжением, потому что цепь обмотки напряжения ваттметра обладает практически чисто активным сопротивлением.
Токовые обмотки могут быть включены и в другие линейные провода, например в А и С . При этом параллельные обмотки ваттметров включаются на линейные UAB и UCB .
32. ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЙ
Встречающиеся в электротехнике резисторы по значению их сопротивлений можно условно разделить на малые (до 1 Ом), средние (от 1 до 10 Ом) и большие (свыше 10 Ом). В зависимости от значения измеряемого сопротивления используются различные средства и методы измерения.
Измерение сопротивлений амперметром и вольтметром. Наиболее просто сопротивление резисторов можно измерить с помощью амперметра и вольтметра. Применяются две схемы включения приборов, указанные на рисунке 37а и 37б.
Рис. 37. Измерение небольших (а), средних и больших (б) сопротивлений амперметром и вольтметром; измерение сопротивлений омметром (в)
Анализ этих схем с помощью уравнений Кирхгофа показывает, что для получения более точных результатов при измерении средних и больших сопротивлений следует применять схему (рис. 37б), а при измерении небольших сопротивлений – другую схему (рис. 37а). Искомое сопротивление определяется по формуле:
rx = U / I ,
где U и I – показания приборов.
Измерение сопротивлений омметром. Для непосредственного измерения сопротивления резисторов применяют омметр, состоящий из магнитоэлектрического миллиамперметра, последовательно с обмоткой которого r a включается добавочный резистор r д и источник питания (батарея) с ЭДС Е и внутренним сопротивлением r 0 (рис. 37в).
При постоянстве ЭДС Е показание прибора зависит только от rx : каждому значению измеряемого сопротивления соответствует определенное значение тока Ix в цепи:
Это позволяет отградуировать шкалу прибора непосредственно в омах.
Из-за того что ЭДС Е источника питания может изменяться в процессе эксплуатации прибора, значение тока неоднозначно определяет измеряемую величину.
На практике применяют омметры, в которых отклонение стрелки не зависит от значения ЭДС (напряжения) источника питания. В качестве измерительного механизма здесь используется логометр – прибор, у которого отсутствует механическое устройство для создания противодействующего момента. В логометре равновесное положение подвижной системы определяется отношением токов в двух подвижных и жестко связанных между собой обмотках – рамках .
Для измерения больших сопротивлений (например, сопротивления изоляции проводов) служит мегаомметр . Он отличается от омметра тем, что в качестве источника питания здесь используется магнитоэлектрический генератор, приводимый во вращение рукой. ЭДС генератора достигает довольно высоких значений (500—2000 В), благодаря чему мегаомметром можно приближенно измерять сопротивления, исчисляемые мегаОмами (МОм).
33. ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ОСЦИЛЛОГРАФ
Электронно(лучевой осциллограф используется для визуального наблюдения и регистрации формы и параметров электрических сигналов в диапазоне частот от постоянного тока до десятков мегагерц.
Функциональная схема электронно(лучевого осциллографа приведена на рисунке 38. Основным узлом осциллографа является вакуумная электронно(лучевая трубка ЭЛТ, которая преобразует электрические сигналы в световое изображение. Катод 2, подогреваемый нитью накала 1, является источником свободных электронов, которые формируются в электронный луч и фокусируются первым анодом 4 на экране 8 ЭЛТ. Ускорение электронов луча осуществляется вторым анодом 5.
При соударении электронов с экраном 8 их кинетическая энергия преобразуется в световое излучение посредством катодолюминофоров, т. е. веществ, светящихся под действием бомбардировки их электронами.
Время послесвечения (после прекращения действия электронного луча) может составлять от 0,05 до 20 с и более.
Изменяя отрицательный потенциал электрода 3 по отношению к катоду, можно воздействовать на значение тока электронного луча, а следовательно, и на яркость свечения изображения на экране.
Рис. 38. Схема электронно(лучевого осцилографа
Управление лучом ЭЛТ осуществляется посредством трех каналов управления x , y , z , которые обеспечивают получение развернутого изображения исследуемого электрического сигнала в функции времени. Канал