ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

Глава седьмая
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ И ПРИБОРЫ

7.2 ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ. НОМИНАЛЬНЫЕ ВЕЛИЧИНЫ И ПОСТОЯННЫЕ ПРИБОРОВ. УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

7.2.1. Погрешности измерений и электроизмерительных приборов. Показания электроизмерительныхприборов несколько от­личаются от действительных значений измеряемых величин. Это вызвано непостоянством параметров измерительной цепи (изменение температуры, индуктивности и т. п.), несовершенством конструкции измерительного механизма (наличие трения и т. д.) и влиянием внешних факторов (внешние магнитные и электрические поля, изменение температуры окружающей среды и т. д.).

Разность между измеренным Аи и действительным Aд значениями контролируемой величины называется абсолютной погрешностью измерения:

ΔА = Аи - Ад.

Если не учитывать значения измеряемой величины, то абсолютная погрешность не даст представления о степени точности измерения. Действительно, предположим, что абсолютная погрешность при измерении напряжения составляет ΔU = 1 В. Если указанная погрешность получена при измерении напряжения в 100 В, то измерение произведено с достаточной степенью точности. Если же погрешность ΔU = 1 В получена при измерении напряжения в 2 В, то степень точности недостаточна. Поэтому погрешность измерения принято оценивать не абсолютной, а относительной погрешностью.

Относительная погрешность измерения представляет собой отношение абсолютной погрешности к действительному значению измеряемой величины, выраженное в процентах:

Поскольку действительное значение, измеряемой величины при измерении не известно, для определения ΔА и γ можно воспользоваться классом точности прибора, представляющим собой обобщенную характеристику средств измерений, определяемую предельными допустимыми погрешностями.

Амперметры, вольтметры и ваттметры подразделяются на восемь классов точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5: 1,0; l,5; 2,5; 4,0. Цифра, обозначающая класс точности, определяет наибольшую положительную или отрицательную основную приведенную погрешность, которую имеет данный прибор.

Под основной приведенной погрешностью прибора понимают абсолютную погрешность, выраженную в процентах по отношению к номинальной величине прибора:

Например, прибор класса точности 0,5 имеет γпр = ±0,5%. Погрешность γпр называется основной, так как она гарантирована в нормальных условиях, под которыми понимают температуру окружающей среды 20°C, отсутствие внешних магнитных полей, соответствующее положение прибора и т. д. При других условиях возникают дополнительные погрешности. Погрешность γпр называется приведенной, потому что абсолютная погрешность независимо от значения измеряемой величины выражается в процентах по отношению к постоянной величине Аном.

Сравнивая (7.3) и (7,4), нетрудно получить

Из (7.5) следует, что относительная погрешность измерения зависит от действительного значения измеряемой величины и возрастает при ее уменьшении. Вследствие этого надо стараться по возможности не пользоваться при измерении начальной частью шкалы прибора. В случае необходимости измерения малых величин следует применять другие приборы.

Пример   7.1.   Номинальное   напряжение   вольтметра   Uном = 150 В, класс точности 1,5. С помощью вольтметра измерено напряжение U= 50 В.

Определить абсолютную и относительную величину погрешности измерения, а также действительное значение напряжения.

Решение. Абсолютная погрешность измерения

ΔU =	γпрUном	=	± 1,5•150	= ± 2,25 В.
	100		100

Действительное значение напряжения может лежать в пределах

Uд = Uи - ΔU = (50 ± 2,25)В.

Относительная погрешность измерения

γ =	ΔU	100 =	±2,25	= (4,72÷4,31)%.
	Uд		50 - 2,25

7.2.2. Номинальные величины приборов. Номинальными напряжением Uном, током Iном и мощностью Pном соответственно вольтметра, амперметра и ваттметра называются наибольшие напряжение, ток и мощность, которые могут быть измерены перечисленными приборами.

Номинальная мощность ваттметра в отличие от его номинальных напряжения и тока указывается не всегда. Для ваттметра номинальное напряжение представляет собой наибольшее напряжение, на которое может быть включена обмотка напряжения; номинальным током является наибольший ток, на который рассчитана последовательная обмотка.

Если номинальная мощность ваттметра не дана, то ее можно подсчитать по номинальному напряжению и току:

Рном = Uном Iном.

7.2.3. Постоянные приборов. Постоянная (цена деления) прибора представляет собой значение измеряемой величины, вызывающее отклонение подвижной части прибора на одно деление шкалы. Постоянные вольтметра, амперметра и ваттметра могут быть определены следующим образом:

CU = Uном /N, вольт на одно деление;

CI = Iном /N, ампер на одно деление;

CP = Uном Iном /N, ватт на одно деление.

где N - число делений шкалы соответственно вольтметра, амперметра и ваттметра.

Пример 7.2. Ваттметр имеет номинальное напряжение Uном = 150 В, номинальный ток
Iном = 5 А, число делений шкалы N = 150.

Определить номинальную мощность и постоянную ваттметра, а также его показание, если при измерении мощности подвижная часть отклонилась на N = 60 делений.

Решение. Номинальная мощность ваттметра

Рном = Uном Iном = 150•5= 750 Вт.

Постоянная ваттметра

CP = Pном /N = 750/150 = 5 Вт/дел.

Показание ваттметра при отклонении его подвижной части на N = 60 делений

P = CP N= 5•60 = 300 Вт.

7.2.4. Чувствительность приборов. Под чувствительностью приборов понимают число делений шкалы, приходящееся на единицу измеряемой величины. Чувствительность вольтметра, амперметра и ваттметра может быть определена следующим образом:

SU = N/Uном, деленийна вольт;

SI = N/Iном, делений на ампер;

SP =	N	=	N	, делений на ватт.
	P		UномIном

Очевидно, что S = 1/С

Таблица 7.1

Род измеряемой величины	Название прибора	Условное обозначение
Ток	Амперметр	А
	Миллиамперметр	mА
	Микроамперметр	μA
Напряжение	Вольтметр	V
	Милливольтметр	mV
Электрическая мощность	Ваттметр	W
	Киловаттметр	kW
Электрическая энергия	Счетчик киловаттчасов	kWh
Сдвиг   фаз	Фазометр	φ
Частота	Частотомер	Hz
Электрическое сопротивление	Омметр	Ω
	Мегаомметр	МΩ

 

Таблица 7.2

Система прибора	Условное обозначение
Магнитоэлектрическая: с подвижной рамкой  и  механической противодействующей силой
с подвижными рамками без механической пpoтиводействующей силы (логометр)
Электромагнитная: с механической противодействующей силой
без  механической    противодействующей    силы (логометр)
Электродинамическая (без экрана): с механической противодействующей силой
без    механической    противодействующей    силы (логометр)

 

7.2.5. Условные обозначения электроизмерительных приборов. На лицевой стороне электроизмерительных приборов изображен ряд условных обозначений, позволяющих правильно выбрать прибор и дающих некоторые указания по их эксплуатации.

Таблица 7.3

Условное обозначение	Расшифровки условного обозначения
	Прибор постоянного тока
	Прибор постоянного и переменного тока
	Прибор  переменного тока
	Прибор трехфазного тока.
	Прибор класса точности 1,5
	Измерительная цепь изолирована от корпуса и испытана напряжением  2 кВ
	Осторожно! Прочность изоляции измерительной цепи не соответствует нормам
	Рабочее   положение   шкалы  наклонное,   под  углом 60° к горизонту
	Рабочее положение шкалы горизонтальное
	Рабочее положение шкалы вертикальное
	Исполнение прибора в зависимости   от   условий эксплуатации (свойств окружающей среды)
	Категория  прибора   по   степени   защищенности   от внешних магнитных полей

Согласно ГОСТ на лицевой стороне прибора должны быть изображены:
а) условное обозначение единицы измерения или измеряемой величины либо начальные буквы наименования прибора (табл. 7.1);
б) условное обозначение системы прибора (табл. 7.2);

в) условные обозначения рода тока и числа фаз, класса точности прибора, испытательного напряжения изоляции, рабочего положения прибора, исполнения прибора в зависимости от условий эксплуатации, категории прибора по степени защищенности от внешних магнитных полей (табл. 7.3).