ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Показ, відлік вимірювання, ціна поділки ВП.

Електровимірювальні прилади та електричні вимірювання

Вимірювання є єдиним можливим способом одержання кількісної інформації про властивості об’єктів навколишнього матеріального світу, тобто про фізичні величини – механічні, теплові, електричні та інші. Вони здійснюються за допомогою спеціальних технічних засобів. Особливо важливу роль відіграють електричні вимірювання. Сьогодні необхідні засоби вимірювань, придатні до одночасного збирання й оброблення інформації про значення багатьох змінних в часі й просторі величин, які характеризують перебіг технологічних процесів, передання їх на комп’ютер з метою одержання негайної команди подальшого керування процесом.

Вимірювання – це процес знаходження фізичних величин дослідно за допомогою спеціальних технічних засобів, яке слід виконувати в загальноприйнятих одиницях (Міжнародна система одиниць).

Класифікація ВП. Всі вимірювання фізичних величин в залежності від способу отримання результатів поділяються на прямі та опосередковані (непрямі). При прямому вимірюванні значення фізичної величини отримують безпосередньо з виміру, наприклад, при вимірюванні струму амперметром. При непрямому вимірюванні шукану величину обчислюють за даними прямих вимірів інших величин, з якими вона зв’язана. Наприклад, визначення опору за даними вимірів напруги та струму виконано методом непрямого вимірювання.

За видом вимірювальної величини електровимірювальні прилади поділяються на амперметри, вольтметри, ватметри, лічильники електричної енергії, частотоміри, фазометри , тощо.

Вимірювальні прилади (ВП) можна поділити на аналогові та цифрові. До аналогових приладів можна віднести всі прилади зі стрілочним покажчиком. Цифрові прилади дають покази у цифровій формі. Найбільше розповсюдження мають аналогові показу вальні прилади, які допускають відлік показів. Для цього вони мають відліковий пристрій, що складається із шкали, розташованої на циферблаті пристрою, і покажчика. Покажчик жорстко зв’язаний з рухомою частиною вимірювального механізму, який перетворює вимірювальну електричну величину в кутове переміщення рухомої частини, а отже, і покажчика.

Показ, відлік вимірювання, ціна поділки ВП.

Показ вимірювального приладу – це значення величини, яке знаходиться за відліковим пристроєм в прийнятих одиницях, тобто показ приладу визначається як:

де - кількість поділок за відліковим пристроєм, - ціна поділки шкали приладу, що дорівнює кількості одиниць вимірювальної величини, яка припадає на одну поділку шкали.

Ціна поділки (амперметра, вольтметра, ватметра) визначається таким відношенням:

де - номінальне (найбільше) значення вимірювальної величини, - найбільше значення кількості поділок повної шкали.

Шкали ВП можуть бути рівномірними (поділки однакової довжини) і нерівномірними (поділки різних довжин). Найменше значення, вказане на шкалі, називається початковим, найбільше – кінцевим. Область між початковим і кінцевим значеннями називають діапазоном показів приладу.

Похибки та класи точності ВП. Результати вимірювань дають лише наближене до істинного значення величини. Відхилення результату вимірювання від істинного значення вимірювальної величини називають похибкою вимірювання. За способом вираження похибок ВП розрізняють абсолютну, відносну й зведену похибки.

Абсолютна похибка приладу - це різниця між показом приладу та істинним значенням вимірюваної величини , тобто:

Відносна похибка приладу - це відношення абсолютної похибки до істинного значення вимірювальної величини, виражене у відносних одиницях або у відсотках тобто:

Зведена похибка приладу ,виражена у відсотках - це відношення абсолютної похибки до значення , яке її нормує, тобто:

де - нормуюче значення (для приладів з нульовою позначкою на краю шкали дорівнює кінцевому значенню діапазону вимірювань, а для приладів з двобічною шкалою – арифметична сума кінцевих значень діапазону вимірювань).

Похибки є додатними, якщо результат вимірювання перевищує дійсне значення (Δ>0 при Х_ПР>Х), - та від’ємними (Δ<0 при Х_ПР<Х)/

Залежно від умов виникнення похибки розрізняють:

основну похибку – похибку приладів, яка проявляється в нормальних умовах роботи приладу, тобто при нормальному положенні, температурі довкілля 20±5⁰ С, нормальній вологості, без зовнішнього електричного та магнітного полів;

додаткову похибку – похибку приладів, що виникає при відхиленні значень реальних величин, що впливають, від нормальних, але в межах робочих умов, які є дещо ширші від нормуючих.

Згідно з держстандартом приладам присвоюється певний клас точності.

Клас точності (К) – це узагальнена характеристика, яка визначає допустимі межі основної та додаткової похибок та інші метрологічні характеристики приладів, що допустимі. Основна зведена похибка в робочому діапазоні шкали приладу, виражена у відсотках, не повинна перевищувати значення, що відповідає класу точності, тобто:

За ступенями точності прилади поділяються на 7 класів (0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0).

Принцип дії електромеханічних ВП. Основними частинами їх є електровимірювальне коло та вимірювальний механізм. Електрична величина (вхідна величина) надходить в електровимірювальне коло приладу й безпосередньо діє на вимірювальний механізм. Вимірювальний механізм – це пристрій, призначений для перетворення вхідної електричної величини в переміщення(кутове або лінійне) рухомої частини приладу. Переміщення рухомої частини ВП відбувається за рахунок взаємодії магнітних або електричних полів, результатом якої є виникнення обертального моменту. Пересування рухомої частини припиняється, коли настає рівність обертального та протидіючого моментів. Для створення протидіючого моменту використовують електромагнітні та механічні пристрої.

Для створення електромагнітного протидіючого моменту у вимірювальному механізмі влаштовують спеціальну обмотку, яка отримує живлення від того самого джерела, що й вимірювальне коло і переміщується разом з вимірювальною обмоткою. Для створення механічного протидіючого моменту широко використовують спіральні пружини з фосфористої бронзи або розтяги.

За принципом дії вимірювальної системи прилади поділяються на магнітоелектричні, електромагнітні, електродинамічні, феродинамічні та інші.

Магнітоелектричні ВП.

Магнітопровід приладу складається з постійного магніту та циліндричного стального нерухомого осердя, яке знаходиться в середині обертової прямокутної алюмінієвої рамки. Обертовий момент створюється взаємодією вимірюваного постійного струму у рухомій котушці, яка виконана з тонкого ізольованого проводу намотаного на алюмінієву рамку з полем постійного магніту. До осі каркасу закріплено стрілку-показник приладу. Вимірюваний струм підводять за допомогою нерухомих провідників до пружин або розтягів механічного вузла приладу, а до них під’єднують кінці обмотки рухомої котушки. Отже, принцип дії магнітоелектричних ВП заснований на взаємодії магнітного поля, що створюється вимірюваним струмом з полем постійного магніту.

Обертовий момент котушки пропорційний струму у вимірювальній рамці

, де - конструктивна стала приладу.

Протидіючий момент пружини або розтягів , пропорційний куту повороту котушки, тобто , де - коефіцієнт пропорційності, що залежить від жорсткості пружини або розтягів. Цей момент врівноважує обертальний момент котушки . Звідси , де К – конструктивний незмінний коефіцієнт. Завдяки цьому магнітоелектричні прилади мають зручну лінійну шкалу, а завдяки великому значенню магнітної індукції – і велику чутливість.

Напрям обертового моменту котушки вимірювального механізму магнітоелектричного приладу залежить від напрямку струму в котушці. Тому магнітоелектричні прилади можна використовувати лише у колах постійного струму. У колах змінного струму магнітоелектричні прилади показують середнє значення вимірюваного струму або напруги.

Електромагнітні ВП.

Даний прилад складається із нерухомої плоскої котушки і закріпленої на осі рухомої пластинки, що виготовлена з магнітного матеріалу. Коли через котушку проходить струм І, створюється магнітне поле, яке втягує феромагнітну пластинку всередину котушки. Отже, принцип дії електромагнітних ВП заснований на втягуванні феромагнітного осердя всередину нерухомої котушки, магнітне поле якої створює вимірюваний струм. Обертовий момент, що виникає, пропорційний квадрату струму . Протидіючий момент утворюється спіральною пружиною . З врахуванням рівності одержимо:

, де К – конструктивний коефіцієнт. Отже, кут повороту рухомої частини приладу електромагнітної системи пропорційний квадрату вимірюваного струму та зміні індуктивності вимірювальної котушки внаслідок переміщення рухомого осердя. Підбираючи форму феромагнітної пластинки, намагаються вирівняти квадратичну шкалу приладу.

Прилади електромагнітної системи прості, надійні і дешеві. До недоліків приладів електромагнітної системи можна віднести невисокий клас точності вимірів, відносно велику споживану потужність, нерівномірність шкали, низьку чутливість, особливо при малих струмах у котушці. Внаслідок цього початкова частина шкали (до 25%) таких приладів не має поділок і не може бути використана для вимірів. Але для вимірів невисокої точності переваги приладів електромагнітної системи привели до того, що вони мають переважну більшість серед амперметрів та вольтметрів, які використовують у промислових установках змінного струму низької частоти.

Електродинамічні ВП.

Принцип дії приладів електродинамічної системи полягає у силовій взаємодії провідників із струмами, що проходять у котушках приладу.

Даний прилад складається із нерухомої і рухомої котушок. Рухома котушка може повертатися довкола осі всередині двох секцій нерухомої котушки. За наявності в котушках струмів та виникають електромагнітні сили, які намагаються повернути рухому котушку співвісно з нерухомою котушкою. Відомо, що два провідники із струмами однакового напрямку притягуються і взаємно відштовхуються, якщо струми мають протилежний напрям. В результаті виникає обертовий момент: . При синусоїдних струмах та обертовий момент , а кут відхилення рухомої частини дорівнює:

Електродинамічні прилади застосовують в колах постійного та змінного струмів для вимірювання струмів, напруг та потужностей. Вони мають високу точність (клас точності 0,1; 0,2; 0,5), покази їх не залежать від форми кривої струму чи напруги.

До недоліків належить низька чутливість, велике споживання потужності (0,5-15 Вт), вплив зовнішніх магнітних полів та обмежений діапазон частот.

Феродинамічні ВП за принципом дії входять в одну групу з електродинамічними, але відрізняються від них за конструкцією: нерухому котушку розміщують на магніто проводі. Наявність магніто проводу призводить до значного збільшення обертового моменту й зменшення впливу зовнішніх магнітних полів. Їх застосовують, головним чином, як щитові ватметри невисокої точності.

Індукційні ВП.

Принцип дії заснований на використанні явища обертового магнітного поля, створеного двома електромагнітами. Якщо синусоїдні струми у двох котушках електромагнітів не співпадають по фазі, то у частині простору результативне магнітне поле цих котушок буде обертатись навколо деякої осі. Якщо на цій осі розташувати електропровідне тіло, то в ньому виникають вихрові струми. Взаємодія вихрових струмів з обертовим магнітним полем створює обертовий момент, під дією якого тіло почне рухатись.

Індукційні ВП використовуються, головним чином, як однофазні і трифазні лічильники електричної енергії змінного струму. Лічильники мають класи точності 1,0; 2,0 і 2,5. Промисловість випускає однофазні лічильники на 5 і 10 А напругою 127 і 220 В; трифазні до 50 А напругою 127, 220, 380 В.

Для вимірювання частоти у вузькому діапазоні її зміни використовують прилади вібраційної системи. Частотомір має декілька розташованих горизонтально одна поруч з другою гнучких пластинок, охоплених спільним електромагнітом. Кожна пластина має свою частоту резонансних коливань, що відрізняється від сусідніх на 0,5 Гц. Пластини розташовуються вздовж шкали з поділками. При протіканні по котушці струму певної частоти, виникають коливання магнітного поля, які викликають коливання гнучких пластин.

Біметалеві ВП. В них перетворення електричної енергії в переміщення покажчика відлікового пристрою здійснюється тепловим нагріванням чутливої біметалевої спіралі, виготовленої із матеріалів з різними температурними коефіцієнтами лінійного розширення. Нагрівання спіралі здійснюється вимірюваним струмом. Ці прилади мають велику теплову інерцію і використовуються на низьких частотах; стійкі щодо механічних коливань, тому застосовуються в приладах транспортних засобів.

Індикаторні прилади – прилади, які використовуються для візуального відображення інформації, тобто для перетворення електричних сигналів в графічні образи. В основу дії таких приладів покладені різні фізичні явища та процеси, серед яких є електролюмінесценція та процеси пов’язані з електричним розрядом в газах. Прикладом таких приладів є осцилограф, в основі роботи якого лежить явище електронної емісії – процес виходу електронів з поверхні твердого тіла у вакуумі. Найважливіша частина електронного осцилографа – електронно-променева трубка, яка має у своєму складі електронний прожектор, відхилю вальну систему та екран. Електронний прожектор створює вузький електронний промінь. За допомогою відхилю вального пристрою вимірювана напруга керує рухом електронного променю, який відіграє роль без інерційної рухомої частини ВП. Промінь попадає на покритий шаром люмінофора екран, на якому утворюється світлова пляма. При відхиленні променю пляма пересувається по екрану і зображує криву досліджуваного процесу.

ЦифровіВП.

Принцип дії цифрових ВП оснований на перетворенні вимірюваного змінного сигналу в електричний код, який відображується в цифровій формі. Перевагами цифрових пристроїв є: малі похибки (0,1-0,001%) в широкому діапазоні вимірюваних сигналів; висока швидкодія (до 500 вимірювань/с); видача результатів вимірювань в цифровому вигляді; можливість документальної реєстрації виміряної інформації за допомогою цифро друкувальних пристроїв і введення її в ЕОМ для подальшого оброблення. До недоліків належать складність схем та конструкцій, висока ціна.