Зміст

Вступ

1. Призначення та принцип дії амперметра, міліамперметра, мікроамперметра і гальванометра.
2. Випрямлення змінного струму  на високих частотах.
3. Схема амперметра.
4. Розрахунки шунта.

Висновок.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вступ

Нормальна робота електричних установок неможлива без систематичного контролю. Однак про якість їхньої роботи, про відхилення від запропонованого режиму лише тільки в деяких випадках можна судити на підставі зовнішнього огляду. У більшості випадків необхідно періодично чи безупинно вимірювати величини, що характеризують стани і режими роботи установки в цілому чи її елементах.

Для цього застосовують різні електровимірювальні прилади, якими вимірюють струм, напруга, потужність, витрата енергії, електричний опір і інші величини.

Електровимірювальні прилади і методи застосовують і для виміру численних неелектричних величин: тиску, температури, витрати рідин і газів, деформації твердих тіл і т.д. Електричні виміри важливі не тільки як джерело вимірювальної інформації для обслуговуючого персоналу. Не менше значення вони мають в автоматиці, тому що електричні сигнали про чи стан зміні режиму того чи іншого об'єкта можуть бути спрямовані в пристрої автоматичного регулювання і керування.

У практиці застосовують вимірювальні прилади безпосередньої оцінки і прилади порівняння. Прилади безпосередньої оцінки мають шкалу, попередньо проградуювану в одиницях вимірюваної величини (годинник, амперметр, вольтметр і ін.). Прилади порівняння призначені для порівняння вимірюваної величини з мірою (ваги з коромислом, вимірювальний міст, потенціометр і ін.).

Розрізняють виміру прямі і непрямі. Прямі виміри дають результат (вимірювану величину) безпосередньо з досвіду. Для прикладу можна назвати виміру маси на вагах, температури термометром, електричного опору омметром.

 

Непрямі виміри безпосередньо вимірюваної величини не дають. Її знаходять обчисленням, використовуючи результати прямих вимірів допоміжних величин, з якими шукана величина зв'язана відомою залежністю. Наприклад, потужність в електричному ланцюзі постійного струму можна знайти за показниками амперметра і вольтметра (P=UI).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. 1.     Призначення та принцип діїамперметра, міліамперметра, мікроамперметра і гальванометра.

Амперметри — цеприлади для вимірюванняелектричнихструмів. Залежновідвеличинивимірюваного струму можуть бути дещовідмінними і їхніназви: міліамперметр, мікроамперметр.

Міліамперметрмаєграницювимірювань струму меншу, ніж один ампер, а мікроамперметр — навітьменшу за один міліампер.

Деякіприладивикористовують і для вимірюваннязначнихструмів — кілоамперметри. Слідзауважити, що у міліамперметрів і мікроамперметріввимірюваніструмисправдіпротікаютьбезпосередньо через прилади: у амперметрів — на значніструми, а у кілоамперметрів струм, щопозначений на них, ніколи не протікає через коло приладу.

Для вимірюваньцимиприладаминеобхіднеобладнання, яке б нормованозменшуваловимірюваний струм до величини, прийнятної для самого вимірювальногоприладу. При вимірюваннізмінного струму — цевимірювальнітрансформатори струму, при вимірюванніпостійного — цевимірювальнішунти.

Для вимірювання струму використовуютьтакож і гальванометри. Цевисокочутливіелектровимірювальніприлади, призначені для вимірюванняструмівдужемалоївеличини — десьвідкількохмікроампер до 10-11 А.

Але основнепризначеннягальванометрів є все ж не вимірювання, а визначення режиму відсутності струму при нульових (зрівноважувальних) методах вимірювань у потенціометричних і мостових схемах.

Амперметриможуть бути виконанінаосновівимірювальнихмеханізмів:

·  електромагнітної (найпростіші);

·  магнітоелектричної;

·  електродинамічної;

·  феродинамічноїаботеплової систем.

Електромагнітні, електродинамічні, феродинамічні та тепловіамперметриздатнівимірюватипостійні та змінніструми. Магнітоелектричні ж амперметривикористовують для вимірюванняпостійного струму. Для вимірювань на змінномуструміціприладивикористовують з напівпровідниковимивипрямлячами, але класточностівимірювань при цьомувідносноневисокий (2,5...4,0).

Амперметр електромагнітноїсистеми — ценайпростіший і найнадійнішийприлад, щоможепрацювати як у колах постійного, так і змінного струму.

Струмопровідною у нього є лише обмотка нерухомоїкотушки, щоприєднана до затискачівприладу.

  

Рис. 1. 1 Схема двограничногоелектромагнітного амперметра.

 

Переносні електромагнітні амперметри у більшості випадків виконують на дві границі вимірювання. Це досягається відносно простим способом — намоткою котушки двома паралельними проводами і вмиканням цих двох секцій обмотки послідовно для вимірювання меншого струму і, паралельно, для вимірювання більшого струму. Границівимірюванняперемикаютьперемикачами. Схему амперметра з двомаграницямивимірювання на номінальніструми 5 і 10 Азображено на рис. 1.1.

Для розширенняграницьвимірювання, електромагнітніамперметриніколи не використовують з шунтами, але ними часто користуються з трансформаторами струму.

Магнітоелектричніамперметризначноскладніші й дорожчі за електромагнітні. У них обмотки рамок, щостворюютьобертовий момент у приладах, розраховані на струмилише у десятки — сотніміліампер, через наявністьпідводу до них струму через пружини, щомаютьдуже малу площу поперечного перерізу і нездатніпропускатибільшзначний струм.

Тому ціприладизавждимаютьвнутрішній шунт, щопропускаєчерез себе

більшу частину струму. Коло ж рамки вимірювального механізму тут використано як мілівольтметр, що вимірює падіння напруги на цьому шунті, про

порційневеличині струму, який проходить через шунт. Шкалу такого приладуградуюютьу амперах, якщоприладмає одну границювиміру. Але часто магнітоелектричніамперметривиготовляють з універсальними шунтами, придатними для користування з декількомаграницямивимірів. У цьомуразі шкалу градуюютьлишенеіменованимиподілками. Схему такого амперметра наведено на рис. 1.2.

 

  

Рис. 1.2 Схема магнітоелектричного амперметра.

 

У всіхмагнітоелектричних амперметрах, послідовно з обмоткою рамки, ввімкнено резистор, виконаний з манганіну. Цесуттєвозменшуєпохибкуприладу, спричиненунагрівом обмотки рамки як протіканнямвласного струму, так і зміноютемпературидовкілля.

Електродинамічніамперметрив основному використовують як зразковіелектровимірювальніприлади. Виготовляютьїхнаосновіелектродинамічноговимірювальногомеханізму. Вони однаковопридатні як для вимірів на постійному, так і на змінномуструмі. Ціприлади за будовоюзначноскладніші за електромагнітні й споживаютьбільшупотужність. Будову електродинамічноговимірювальногомеханізмузображено на рис.1.3, о принципову схему електродинамічного амперметра, розрахованого на двіграницівимірювання струму, на рис. 1.4.

  

Рис. 1.3Вимірювальниймеханізмелектродинамічноїсистеми.

 

 

 

 

Перемиканняграницьвимірюванняструміввційсхемівиконуєтьсяперемикачем.

 

 

  

Рис. 1.4Принциповісхемиелектродинамічного амперметра.

 

Особливістюелектродинамічного амперметра є те, щойого рамка живиться через спіральніпружини, якістворюютьобертовий момент протидії, але неспроможнівитриматискільки-небудьзначний струм. Саме тому рамку приєднано до шунта, створеного резисторами rш1 і rш2, так щобільшачастинавимірюваного струму проходить через шунт (при вмиканні на більшуграницювимірювань — через резистор rш1, а при вмиканні на меншуграницювимірювань — через резистори rш1 і rш2), в рамку ж відгалужуєтьсялишечастинавимірюваного струму, допустима по нагріванню як для обмотки рамки Wp, так і для спіральних пружинок, щопідводять до рамки струм. Послідовно з рамкоюввімкненорезисториrчк і rтк, яківиконано з манганінового проводу, щомаєдужемалийтемпературнийкоефіцієнт опору.

Ці резистори зменшують залежність величини струму рамки Ір від зміни величини опору рамки rр при її нагріві, незалежно від того, чим викликаний цей нагрів — чи зміною температури довкілля, чи проходженням через рамки струму Ір. Конденсатор Ск разом з резистором rчк є елементамичастотноїкомпенсації, яка забезпечуєзбігпоказів амперметра при вимірах на постійному та змінномуструмі.

Слідзауважити, щотака проста схема компенсаціїпохибки на змінномуструмівіднаявноїіндуктивності рамки буваєефективною при вимірах у досить широкому діапазонізмінивеличиничастотиджерелазмінного струму (відкількохдесятків до кількохсотень герц).

Феродинамічніамперметри, як і електродинамічні, мають одну чидвінерухомі обмотки, розташовані на феромагнітномуосерді (як показано на рис. 1.5), і рухому обмотку-рамку, яка живиться через пружинки, не розраховані на проходження по них значнихструмів. Тому за схемою феродинамічніамперметри не відрізняютьсявіделектродинамічних. Перевагоюферодинамічнихамперметрів є їхнязначноменшаспоживанапотужність, більшийобертовий момент і пов'язана з цимбільшанадійність у роботі. Вони такожкращезахищенівідвпливузовнішніхмагнітнихполів.

 

  

Рис. 1.5Вимірювальниймеханізмферодинамічноїсистеми.

 

 

 

 

 

 

1. 2.     Випрямлення змінного струму  на високих частотах.

Для вимірювання струму на підвищених частотах (до 8000... 10 000 Гц) придатні також електромагнітні прилади. В Україні виробляли такі стаціонарні прилади на 1000, 2500 і 8000 Гц. За наявності у них феромагнітних пелюстків рухомої частини з тонкого пермалою, термічно обробленого у вакуумі чи відновлювальному середовищі, та при градуюванні їхніх шкал при струмі номінальної для них частоти, основна похибка цих приладів вкладається у межі, обумовлені їхнім класом точності (а це був клас 2,5). 

Переносні амперметри електродинамічної системи також цілком придатні для вимірювань на підвищених частотах, але за наявності частотної компенсації, згідно з тим, як було розглянуто. Саме ці прилади використовують як зразкові при градуюванні та повірках стаціонарних приладів підвищеної частоти. Вибираючи зразковий прилад для вимірів на підвищеній частоті, слід орієнтуватися на позначення величини частоти на шкалі. Необхідно знати, що основна похибка приладу не повинна перевищувати значення, яке відповідає класу точності приладу лише на частоті чи у діапазоні частот, підкреслених рискою. Також треба враховувати, що при роботі приладу в діапазонах частот, позначених на шкалі, але не підкреслених (тобто у розширеному діапазоні частот), прилад може мати ще і додаткову похибку, що має не перевищувати величину похибки, зумовленої класом точності приладу. Тобто при роботі у розширеному діапазоні частот прилад може мати загальну величину похибки, вдвоє більшу за ту, що зумовлена класом точності приладу.

У колах змінного струму промислової та підвищеної частоти дуже часто застосовують випрямні прилади, що являють собою суміщення вимірювального механізму магнітоелектричної системи з напівпровідниковими випрямлячами.

 Ці прилади виконують комбінованими — здатними вимірювати, при відповідних переключеннях, ще й постійний струм і напругу.

Такі прилади, відомі під назвою «тестери», роблять багатограничними, їх широко застосовують у налагоджувально-ремонтних роботах.

Принципові схеми випрямних приладів, що вимірюють напругу змінного струму за допомогою магнітоелектричних вимірювальних механізмів, зображено на рис. 2.1

На цьому рисунку схема (а) забезпечує однопівперіодне випрямлення струму, а схема (б і в) — двопівперіодне. Однопівперіодне випрямлення було б можливим за наявності випрямляча В1, але при цьому випрямляч необхідно розрахувати на повне значення вимірюваної напруги, якщо вимірювальний механізм з випрямлячем буде застосовано у схемі вольтметра. Наявність другого (зустрічного) випрямляча В2 дає можливість використати обидва випрямлячі на величину напруги всього у кілька вольт. Додаткові опори rД розширюють граниш вимірювання напруги.

Всім приладам з напівпровідниковими випрямлячами притаманні дві основні вади: залежність показів від величини температури та від величини частоти.

При підвищенні температури зменшуються величина опору напівпровідників та коефіцієнт випрямлення. При підвищенні частоти наявність ємності випрямлячів призводить до збільшення частки змінного струму, що, не випрямляючись, проходить повз запірний шар напівпровідника. Це зменшує коефіцієнт випрямлення (і показання приладу) зі збільшенням величини частоти.

  

Рис. 2.1 Принципові схеми випрямних приладів: а — з однопівперіодним випрямлячем; б, в — з двопівперіодним випрямлячем.

 

Є багато схем температурної та частотної компенсації похибок у випрямних приладах. Компенсація полягає у вмиканні дротяних резисторів, виконаних з мідного проводу, в ділянки кола приладу, де необхідне збільшення опору при підвищенні температури довкілля, та у вмиканні котушок індуктивностей у ділянки, де необхідне збільшення загального опору при підвищенні частоти.

Але у багатьох випадках при створенні випрямних вимірювальних приладів не вдаються до складних схем частотної компенсації, а обмежують діапазон робочих частот величиною, що досягає 1500...2500 Гц, якщо клас приладу на змінному струмі не перевищує 2,5...4,0.

 

 

 

 

 

 

 

 

1. 3.     Схема амперметра.

Лінійність шкали простого амперметра  змінного струму можна поліпшити за допомогою однополупериодного випрямляча на транзисторі (рис. 3.1).

У пристрої застосований міліамперметр зі струмом повного відхилення 50 мА і опором рамки 2 кОм. Верхня межа вимірювань вольтметра – 1А, причому в межах від 0,2 до 1А похибка вимірювань за рахунок нелінійності шкали менше 1% від кінцевого значення шкали.

 

Рис.3.1 Амперметр однонапівперіодний на транзисторі.

 

Підбором резистора R3 амперметр калібрують на середній позначці шкали, a R1 - на її кінцевому значенні. Лінеаризація в правій частині шкали досягається за рахунок струму бази, який створює падіння напруги на резистори R2. Завдяки цьому коефіцієнт передачі випрямляча до кінця шкали зменшується в тій мірі, в якій це необхідно.

Якщо межа вимірювань 3 – 5А і вище, випрямляч краще виконати на кремнієвому транзисторі. Такий пристрій на транзисторі КТ3102Д  для межі 10Амає похибка від нелінійності шкали на позначці 1А близько 2%, а в діапазоні 2 ... 10А - не більше 0,1% від кінцевого значення шкали.

При вимірюваннях струмів у колах змінного струму можуть використовуватись електромагнітні, електродинамічні, феродинамічні, теплові, термоелектричні або випрямні амперметри.

Магнітоелектричні амперметри зовсім непридатні для вимірів на змінному струмі, а їх помилкове вмикання в коло змінного струму може призвести лише д0 непорозуміння, бо відсутність відхилення їхніх покажчиків від нульової позначки (навіть при значних величинах змінного струму, що проходить через них) може спонукати спостерігача до збільшення напруги (якщо спостерігач може це зробити), що призведе до пошкодження елементів схеми, чутливих до значних напруг і струмів.

Якщо величини струмів необхідно вимірювати У колах зі значними струмами, прямі вимірювання яких неможливі наявними амперметрами, то у колах постійного струму необхідно користуватися зовнішніми шунтами з приєднаними до них магнітоелектричними мілівольтметрами. У колах змінного струму користуються вимірювальними трансформаторами струму з електромагнітними, електродинамічними або феродинамічними амперметрами, розрахованими на величину номінального струму вторинних обмоток цих трансформаторів. Звичайно це 5 А, але може бути і 1 А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. 4.     Розрахунки шунта.

Шунт є найпростішим вимірювальним перетворювачем струму в напругу. Вимірювальний шунт являє собою четирехзажімний резистор. Два вхідних затиску шунта, до яких підводиться струм I, називаються струмовими, а два вихідних затиску, з яких знімається напруга U, називаються потенційними. 

До потенційних затискачів шунта зазвичай приєднують вимірювальний механізм вимірювального приладу.

Вимірювальний шунт характеризується номінальним значенням вхідного струму Iном і номінальним значенням вихідної напруги Uном. Їхнє ставлення визначає номінальний опір шунта:

Rш = Uном / Iном

Шунти застосовуються для розширення меж вимірювання вимірювальних механізмів по струму, при цьому велику частину вимірюваного струму пропускають через шунт, а меншу - через вимірювальний механізм. Шунти мають невеликий опір і застосовуються, головним чином, в колах постійного струму з магнітоелектричними вимірювальними механізмами.

  

Рис. 4.1. Схема з'єднання вимірювального механізму з шунтом.

На рис.4.1 наведена схема включення магнітоелектричного механізму вимірювального приладу з шунтом Rш. Струм I та протікає через вимірювальний механізм, пов'язаний з вимірюваним струмом I залежністю

I та = I (Rш / Rш + Rи),

де Rи - опір вимірювального механізму.

Якщо необхідно, щоб струм I та був у n разів менше струму I, то опір шунта повинно бути:

Rш = Rи / (n - 1),

де n = I / I та - коефіцієнт шунтування.

Шунти виготовляють з манганіну. Якщо шунт розрахований на невеликий струм (до 30 А), то його зазвичай вбудовують в корпус приладу (внутрішні шунти). Для вимірювання великих струмів використовують прилади з зовнішніми шунтами У цьому випадку потужність, розсіює в шунті, що не нагріває прилад.

На рис. 4.2 показаний зовнішній шунт на 2000 А Він має масивні наконечники з міді, які служать для відводу тепла від манганіновим пластин, впаяних між ними. Затискачі шунта А і Б - струмові.

Рис 4.2 Зовнішній шунт.

Вимірювальний механізм приєднують до потенційних затискачів В і Г, між якими і укладено опір шунта. При такому включенні вимірювального механізму усуваються похибки від контактних опорів.

Зовнішні шунти зазвичай виконуються каліброваними, т е. розраховуються на певні струми і падіння напруги. Калібровані шунти повинні мати номінальне падіння напруги 10, 15, 30, 50, 60, 75, 100, 150 і 300 мВ.

Отже, розрахунок  шунта для амперметра однонапівперіодного на транзисторі буде мати такий вигляд.

 

Uп = 1В.

Iп = 50мкА

I = 1А

Iш = I – Iп = I = 1А

Rш = Uп / I = 1 / 1= 1 Ом.

 

Опір шунта для  амперметра буде потрібний 1 Ом.

 

 

Висновок.

Для вимірюваннясили струму використовуютьсяви­мірювальніприладирізних систем – амперметри. Малісили струму вимірюють гальванометрами, мілі- та мікроампер-метрами.

Вимірювання струму базується на фундаментальному співвідношенні: напруга дорівнює добутку струму на опір. Типовий прилад що вимірює один з цих параметрів і дозволяє визначити два інших. Найпростішим типом є магнітоелектричний вимірювальний прилад з рухливою рамкою, що придатний для вимірів на постійному чи змінному струмі. Вихідний сигнал виходить в аналоговому виді і може бути зв'язаний з вимірюваною величиною чи безпосередньо за допомогою електронної схеми, що перетворить чи підсилить вхідний сигнал.

Приєднання амперметра послідовно в навантаженням не повинно впливати на вимірювану силу струму в колі, тому опір амперметра має бути малимпорівняно з опором приймачаенергії. За малого опо­ру амперметра R_а, мала і споживана ним потужність Р=IR_а.

Для вимірювання сил струмів, якіперевищуютьверхню межу вимірюванняприладу, застосовують при постійномуструмішун­ти, а при змінному – вимірювальнітрансформа­торисили струму й напруги.

Якщо амперметром потрібновиміряти силу струму, яка переви­щуємежішкали, то паралельноамперметровіприєднують шунт R_ш. Шунт повинен матичотириконтакти: до двохприєднуютьприлад, а до іншихдвох – з'єднувальні проводи електричного кола. Такеприєднаннявиключаєзалежністьпоказівприладувідперехіднихопорівконтактів.

У повсякденнійпрактиці для технічнихвимірів струму застосовуютьнайчастішестрілочніприладимагнітоелектричної й електромагнітної систем.

 

 

Список використаної літератури.

1. Атамалян Е.Г. Прилади та методи вимірювання електричних величин. М. -. Вища школа, 1982. 223 с.

2. Балашов Е.П., Пузанков Д.В. Мікропроцесори і мікропроцесорні схеми. / Под ред. В.Б. Смолова. М-Радіо і зв'язок, 1981.328 с.

3. Данильченко В.П., Єгошин Р.А. Метрологічне забезпечення промислового виробництва. Довідник. Київ: Техніка, 1982. - 152 с.

4. Карпов Р.Г., Карпов Н.Р. Електрорадіоізмеренія. М.: Вища школа, 1978. 272 с.

5. Левшина Е.С, Новицький П.В. Електричні вимірювання фізичних величин. Вимірювальні перетворювачі. Л.: Вища, 1983. 320 с.

6. Любимов Л.І., Форсілова І.Д. Повірка засобів електричних вимірювань. Л.: Енергія, 1979. 192 с.

7. Мардін В.В., Кривоноса А.І. Довідник з електронним вимірювальним приладам. М.: Связь, 1978. 41 (3 с.

8. Орнатський П.П. Автоматичні виміри і прилади. Київ: Вища школа, 1980, 560 с.

9. Орнатський П.П. Теоретичні основи інформаційно-вимірювальної техніки. Київ: Вища школа, 1983. 360 с.

10. Принц М.В., Цімбалістій ​​В. М. Освітлювальне и Силових електроустаткування. Монтаж и обслуживания. - Львів: Оріяна-Нова, 2005. - 296 с.

11. Довідник з радіовимірювальних приладів: у 3-х т. Т. 1 / За ред. В. С. Насонова. М.: Радянське радіо, 1976. 232 с.

12. Довідник з електровимірювальні прилади / За ред. К. К. Ілюніна. Вид. 2-е, перераб. і доп. Л.: Енергія, 1977. 832 с.

13. Шаповаленко О.Г., Бондар В.М. Основи електричних вимірювань: Підручник. - К.: Либідь, 2002. - 320 с.

14. Швецкий Б.І. Електронні цифрове прилади. Київ: Техніка, 1981. 248 с.

15. Шляндін В.М. Цифрові вимірювальні пристрої. М.: Вища школа, 1981. 336 с.

16. Електричні вимірювання неелектричних величин / За ред. П.В. Новицького. Вид. 5-е. Л.: Енергія, 1975. 576 с.

17. Електричні вимірювання. Учеб. посібник для вузів / За ред. В.Н. Малиновського. М.: Вища школа, 1985. 416 с.

18. Електричні вимірювання / Л.І. Байда, Н.С. Добротворский, Є.М. Душин та ін Л.: Енергія, 1980. 392 с.

19. Електричні вимірювання: Підручник для технікумів / Р. М. Демидова-Панферова, В.М. Малиновський, В.С-Попов та ін; Під ред. В. Н. Малиновського. М.: Енергоіздат, 1982. 392 с.