Перегрузочная способность приборов

 

Все переносные приборы и вспомогательные части к ним должны выдерживать без повреждений нагрузку током или напряжением, равным 120 % номинального в течение 5 минут.

Кроме того, переносные амперметры должны выдерживать без повреждений импульсные нагрузки, а именно: пять ударов током, превышающим в 2 раза номинальные, продолжительностью 0,5 секунд с интервалами в 15 секунд.

Однако это не означает, что в процессе эксплуатации приборов их не следует оберегать от подобных перегрузок. Испытание на перегрузку проводится с целью проверки механической прочности подвижной части измерительного механизма.

 

Схемы включения

Схемы включения приборов для измерения тока в электрической цепи приведены на рисунке.

Как известно, для того чтобы измерить ток «I» в нагрузке, необходимо включить амперметр в разрыв цепи, т.е. последовательно с нагрузкой. При таком включении весь ток, протекающий через нагрузку, неизбежно пройдет через амперметр.

Рисунок 40.4 Схема включения амперметра и вольтметра

 

Амперметром можно измерить не только ток, но и сопротивление. Схемы включения приборов для измерения сопротивления показаны на рисунке. Измерение основаны на законе Ома. Если известны ток, протекающий через сопротивление, и падение напряжения на нем, то сопротивление можно вычислить по формуле:

 

r_x = U/I; (40.4)

 

Следует заметить, что каждая из приведенных схем измерения содержит систематическую погрешность измерения. В данном случае погрешность измерения обусловлена тем, что амперметр измеряет не только ток, протекающий через сопротивление, но и ток, потребляемый вольтметром. Следовательно, чем меньше этот ток или чем больше сопротивление вольтметра по отношению к сопротивлению r_x, тем меньше погрешность измерения. Если известен ток потребления вольтметра при данном отклонении, то систематической погрешности можно избежать. Для этого требуется из показания амперметра вычесть ток потребления вольтметра и полученную разность токов подставить в формулу r_x = U/I.

Чем меньше будет сопротивление амперметра, тем меньше будет падение напряжения на нем и тем самым меньше будет погрешность измерения сопротивления. Если сопротивление амперметр известно, то погрешности можно избежать. Для этого требуется подсчитать падение напряжения на амперметре и вычесть это напряжение из показаний вольтметра. Разность напряжений подставить в формулу. Какая из схем измерения в том или ином случае предпочтительнее, зависит от имеющихся приборов и от величины измеряемого сопротивления. Схемы, изображенные на рисунке, пригодны и для измерения потребляемой нагрузкой мощности.

 

Рисунок 40.5 Схемы включения приборов при измерении сопротивления или мощности

 

Мощность можно подсчитать по формуле:

 

 

P = UI; (40.5)

 

 

Так же как и при измерении сопротивления, при измерении мощности обе схемы дают систематическую погрешность. Причина погрешности заключается в том, что в случае схемы «а», мы измеряем, по существу, мощность, потребляемую нагрузкой, плюс мощность, потребляемую вольтметром, а в случае схемы «б» мы измеряем мощность, потребляемую нагрузкой, плюс мощность, потребляемую амперметром.

 

Промышленные типы приборов

 

В настоящее время в обращении находится около 40 типов различных переносных амперметров постоянного тока. Среди них есть типы, имеющие много общих характеристик и различающие лишь некоторыми паспортными данными. Как правило, такие приборы имеют одинаковую конструкцию измерительного механизма и выпускаются в одинаковых корпусах. Для удобства пользования справочными данными подобные типы приборов объединены в группы. Расположены приборы и группы в порядке их класса точности.

Принципиальные схемы приведены только для приборов новых типов. Принципиальные схемы остальных приборов можно найти в литературе.

 

Выбор прибора

 

При проведении различного рода измерений для получения правильных результатов необходимо учитывать специфические свойства приборов. Предположим, имеется электрическая цепь, в которой установились определенные токи и напряжения. Включим в нужных нам местам цепи электроизмерительные приборы. Теперь процессы, происходящие в цепи, будут отличаться то тех, которые были до подключения приборов. Объясняется это тем, что приборы потребляют определенную энергию из цепи измерения.

При подключении приборов в цепь процессы могут изменяться не только количественно, но и качественно. Примером может служить схема на электронных лампах, например радиоприемника. Режим работы электронной лампы, как известно, зависит от напряжений на ее электродах (анодах и сетках); при подключении к электродам лампы вольтметра с большим потреблением на них меняется напряжение, следовательно, меняется режим работы лампы. Изменения могут быть настолько большими, что лампа перестанет выполнять функции, возложенные на нее, и приемник перестанет работать.

При выборе приборов следует помнить, что качественные изменения в цепи не допустимы, а количественные должны быть сведены к минимуму. Чем меньше мощность потребляется прибором, тем меньше изменения произойдут в схеме после его включения.

Сказанное можно пояснить примером. Попутно на этом же примере будет показано, какую роль играет методика процесса измерения.

Представим себе, что требуется измерить напряжение срабатывания реле

(показанного на рисунке).

 

Рисунок 40.6 Измерительная схема для определения напряжения срабатывания электрического реле

 

Предварительно схема с помощью реостата r₁ была отрегулирована таким образом, чтобы реле сработало. Требуется измерить напряжение срабатывания U_x. Известно, что напряжение U_x ориентировочно равно 10 - 20 В, в нашем распоряжении имеется два вольтметра с подходящими пределами измерения: прибор с пределом измерения 15 В и током потребления 3 мА и прибор на 20 В с током потребления 10 мкА. Прибор имеет класс точности 0,2, а другой - класс 0,5 на первый взгляд кажется, что лучше воспользоваться прибором с большей точностью, т.е. прибором с классом точности, равным 0,2.

Однако если попробуем подключить по очереди приборы, то увидим, что первый прибор покажет 14,2 В, а другой покажет 17,1 В результаты этих двух измерений разнятся на 2,9 В, что составляет более 20%. Если попытаемся проверить приборы, то увидим, что каждый из них укладывается в свой класс точности. Следовательно, максимальная разница показаний не может быть более 0,7 % (0,5 + 0,2), почему же получается разница в 20 %?

Объясняется подобная разница тем, что первым прибором потребляется больший ток. Напряжение U_x равняется разности напряжений источника Е и падения напряжения на сопротивлениях r₁ и r₂, т.е.

 

U_x = U - (U_r1 + U_r2) (40.6)

 

В момент подключения амперметра ток I через сопротивления r₁ и r₂ увеличился на величину ΔI, т.е. примерно на 3 мА, так как стрелка прибора отклонилась почти на полный угол шкалы, следовательно, падение напряжения на сопротивлениях r₁ и r₂ увеличилось на величину ΔU, равную:

 

ΔU = ΔI (r₁ + r₂) =3·10^-3 · 1·10³ = 3 В; (40.7)

 

Таким образом, напряжение U_x уменьшается на 3 В по сравнению с тем, которое было до подключения прибора.

Следовательно, ориентировочные расчеты показывают, что при данной методике измерения, чем больше сопротивление амперметра, тем больше его влияние на измерительную цепь. Описанная методика измерения является не лучшей из возможных. В принятой методике предварительно схема была отрегулирована реостатом r₁, а потом подключался амперметр для измерения. При этом возникало дополнительное падение напряжения ΔU, которое вносило погрешность измерения. Можно избежать этой погрешности, если изменить методику измерения. Для этого сначала требуется подключить амперметр в цепь измерения, а потом регулировать схему. Когда реле сработает, то напряжение на зажимах амперметра будет соответствовать напряжению срабатывания (с учетом возможной погрешности прибора).

Не следует во всех случаях измерений увлекаться классом точности приборов. Приборы высокого класса точности сложнее, имеют большие габариты, стоимость их выше, их легче повредить и, как правило, работа с приборами большой точности имеет более низкую производительность труда. Однако прибор, имеющий погрешности, превышающие допустимые, совершенно неприемлем для ответственных измерений. Например, требуется измерить токи и напряжения для определения режима работы радиоламп в электронной установке. Для построения характеристик ламп вполне достаточна точность 1 – 2 %. Поэтому для данной работы следует брать прибор класса 1,0 или 1,5 с малым потреблением тока. Неоправданным будет применение прибора класса 0,2 или тем более класса 0,1.

 

Эксплуатация амперметров

 

Каждый электроизмерительный прибор работает в совокупности с другими приборами и элементами, соединенными определенным способом в электрическую схему. В этом случае, если схема будет собрана неправильно, то первое же подключение источника питания может вывести из строя один или несколько приборов. В связи с этим первому этапу работы с прибором - сборке схемы необходимо уделять наибольшее внимание.

Перед сборкой схемы целесообразно ознакомиться техническими характеристиками входящих в схему приборов.

Размещение приборов, реостатов, переключателей и прочих элементов схемы должно быть наглядным и не требующим особого внимания. Это облегчит работу оператора и исключит возможные ошибки. Для приборов со световым отсчетом важно, чтобы они были расположены в заметном месте. При размещении приборов необходимо следить, чтобы вблизи них не было устройств с сильными магнитными полями (мощных двигателей, трансформаторов, электромагнитов и т.д.). Переменные магнитные поля могут размагнитить магниты прибора, вследствие чего нарушится градуировка прибора и его погрешность выйдет за пределы допустимой. Таким образом, прибор фактически будет выведен из строя. Постоянные магнитные поля могут исказить результат измерения.

Расстояние между приборами должно быть не менее 25 см. Следует помнить, что приборы могут изменять показания в пределах основной погрешности под влиянием помещенного вплотную с ним такого же прибора.

Следующим этапом сборки схемы будет соединение входящих в схему элементов и проверка схемы. Сборку схемы следует производить всегда в определенном порядке, например, начиная с положительного контакта источника питания и кончая отрицательным контактом источника. При этом первоначально рекомендуется собрать токовые (последовательные) и потом потенциальные (параллельные) цепи.

Проверку схем рекомендуется проводить в обратном порядке. После того как схема собрана и проверена, необходимо поставить ручки и рычаги приборов в исходное положение: переключатели пределов измерения амперметров поставить на максимальный предел измерения, ручки реостатов поставит в положение минимального тока в рабочей цепи.

В заключение рекомендуется проверить надежность контактов, после чего можно разарретировать приборы, подключить питание к осветителям (для приборов со световым отсчетом) и установить указатели приборов на нулевую отметку шкалы.

При работе с прибором следует выбирать предел измерения с таким расчетом, чтобы указатель прибора при измерении по возможности находился во второй половине шкалы. При этом относительная погрешность измерения будет те меньше, чем ближе находится указатель к концу шкалы. Пояснить это можно следующим образом. Точность прибора характеризуется приведенной погрешностью, которая равна отношению абсолютной погрешности к верхнему пределу измерения. Таким образом, при равной абсолютной погрешности в начале и конце шкалы приведенная погрешность будет в начале и конце шкалы одинаковой, но относительная погрешность в начале шкалы будет больше, чем в конце шкалы. Предположим, что стрелка амперметра, имеющего предел измерения 150 А, стоит на отметке шкалы, соответствующей 120 А, а действительное значение напряжения равно 120,6 А.

Тогда абсолютная погрешность будет равна:

 

ΔА = А - А_д = 120,0 – 120,6 = - 0,6 А

 

Приведенная погрешность согласно определению составит величину:

 

(40.8)

 

Относительная погрешность в этой точке будет равна:

 

(40.9)

Теперь представим себе, что тем же прибором измерено напряжение 10,0 А, в то время как действительное значение напряжение равно 10,6 А, тогда абсолютная погрешность будет равна:

 

ΔА = 10,0 – 10,6 = - 0,6А

 

Приведенная погрешность прибора в этой точке будет равна:

 

(40.10)

Относительная же погрешность составит в этой точке:

 

(40.11)

Таким образом, получается, что приведенная погрешность прибора в обеих точках одинакова и равна - 0.4%, а относительная погрешность в точке шкалы 120 А равна - 0,5 %, а в точке 10 А равна - 6%. Для экспериментатора же в данном случае интерес представляет относительная погрешность.

Вот почему рекомендуется при измерениях пользоваться последней третью шкалы в тех случаях, когда это возможно.

По окончании работы приборы, имеющие арретиры, должны быть заарретированы.

Храниться приборы должны в футлярах или коробках в сухих и чистых помещениях.

Воздух в помещении, где хранятся приборы, не должен содержать вредных примесей, вызывающих коррозию.

При транспортировке на большие расстояния упаковываются в соответствии с требованиями ГОСТ 9181 - 59 «Приборы электроизмерительные. Требования к упаковке».

Не реже одного раза в 6 месяцев рекомендуется проверять состояние приборов путем их осмотра и поверки по образцовым приборам. Один раз в 2 года, а также после каждого ремонта приборы должны предъявляться на государственную поверку и клеймение в местное отделение Комитета стандартов, мер и измерительных приборов.

 

Ремонт

 

Механизм современного электроизмерительного прибора состоит из десятков мелких и хрупких деталей. Операции по сборке и разборке измерительного механизма требуют определенного навыка и знания специальных приемов.

Прежде чем приступить к ремонту прибора, следует точно установить, в чем именно заключена его неисправность.

Прибор может иметь механические и электрические неисправности, которые делают прибор непригодным к использованию:

- значительное трение в опорах;

- плохое закрепление растяжек;

- частичное витковое замыкание обмотки рамки;

- оборваны или «сожжены» некоторые катушки схемы;

- размагниченная магнитная система прибора;

- плохая уравновешенность прибора;

- подвижная часть прибора сильно загрязнена железом;

- плохие контакты в переключателе или электрической схеме прибора;

- стрелка прибора задевает на шкалу или стекло прибора;

- подвижная часть измерительного механизма выпала из опор;

- порвана или сожжена большим током растяжка;

- отпаялась спиральная пружинка;

- затирание рамки в воздушном зазоре магнитной системы;

- обрыв или замыкание обмотки рамки прибора;

- механические неисправности переключателя прибора;