Принцип действия электроизмерительных приборов и электрические измерения

Все электроизмерительные приборы по принципу действия разделяются на электромагнитные, магнитоэлектрические, электродинамические, тепловые и электростатические. Измерение тока, напряжения, сопротивления и мощности в большей части электроизмерительных приборов сводится к определению силы тока по результатам его взаимодействия с магнитным полем проводника или по удлинению проводника вследствие его нагрева при прохождении тока.

Так, принцип действия электромагнитных приборов, можно уяснить из рис. 175, а. При пропускании измеряемого тока через катушку 1 сердечник из мягкой листовой стали 2 будет втягиваться в катушку, поворачивая стрелку 3, сидящую на оси, скрепленной с сердечником. Отклонение стрелки покажет величину измерения на шкале, соответственно проградуированной. Воздушный тормоз 4 (демпфер) служит для успокоения колебаний стрел­ки. Электромагнитные приборы могут применяться для измерений в цепях как переменного, так и постоянного тока.

Принцип действия магнитоэлектрических приборов легко уясняется из рис. 175, б; он аналогичен принципу работы электродвигателя. При пропускании измеряемого тока через рамку (несколько витков изолированной проволоки), помещенную между полюсами постоянного магнита, магнитные поля их взаимодейству­ют, и рамка, и сидящая на одной оси с ней стрелка поворачивают­ся на определенный угол, пропорциональный току или напряжению. Эти приборы дают точные показания, но без дополнительных устройств могут применяться для измерения небольших значений и только для постоянного тока.

В электродинамических пpибоpах, в отличие от магнитоэлектрических, магнитное поле, в котором поворачивается рамка, создается не постоянным магнитом, а катушкой с током. У этих приборов (рис. 175, в) имеются две катушки: неподвижная 1 и подвижная II (рамка, жестко соединенная со стрелкой). На рис. 175, в справа показана схема соединения катушек при измерении тока. При пропускании измеряемого тока через катушки их поля взаимодействуют, в результате чего подвижная катушка, связанная со стрелкой, отклоняется и показание снимается по шкале, соответственно проградуированной. Эти приборы применяют для измерений переменного и постоянного тока.

Принцип работы тепловых приборов основан на удлинении проводников, нагреваемых измеряемым током. Они могут при­меняться как для постоянного, так и переменного тока.

Электростатические приборы измеряют напряжение в цепи по силе взаимного притяжения пластин конденсатора.

Все электроизмерительные приборы, в зависимости от ошибок (погрешностей), которые получаются при измерении, разделяются по классу точности. В России выпускаются приборы семи классов:

0, 1; 0, 2; 0, 5; 1; 1, 5; 2, 5 и 4. Цифры показывают класс точности прибора и означают отноше­ние в процентах максимальной основной аб­солютной погрешности к максимальному зна­чению измеряемой данным прибором величи­ны.

На судах находят широкое применение следующие приборы:

1) для измерения силы тока в цепи — амперметры, включаемые в цепь последовательно;

2) для измерения напряжения тока в цепи — вольтметры, включаемые параллельно тому участку, на концах которого измеряется напряжение;

3) для измерения сопротивления участка цепи — омметры;

4) для измерения мощности — ваттметры.

При постоянном токе мощность измеряют, пользуясь амперметром и вольтметром, включенными в цепь (рис. 176, а). Произведение показаний этих приборов в какой-либо момент времени даст мощность в ваттах. Ваттметры показывают величину мощности в ваттах на специально отградуированной шкале. Схема включе­ния ваттметра в сеть приведена на рис. 176, б. Измерительные приборы.

Одним из самых опасных факторов, связанных с эксплуатацией электричества является то, что наличие тока в цепи можно определить, только очутившись под его воздействием, т.е. соприкоснувшись с ним. До этого момента электрический ток ничем не выдает своего присутствия. В связи с таким поведением возникает острая необходимость его обнаружения и измерения. Зная магнитную природу электричества, мы можем не только определить наличие/отсутствие тока, но и измерить его.
Существует много приборов для измерения электрических величин. Многие из них имеют обмотку магнита. Ток, протекая по обмотке, возбуждает магнитное поле и отклоняет стрелку прибора. Чем сильнее ток, тем больше отклоняется стрелка. Для большей точности измерений применяется зеркальная шкала, чтобы взгляд на стрелку был перпендикулярен измерительной панели.
Для измерения тока используется амперметр. Он включается в цепь последовательно. Чтобы измерить ток, величина которого больше номинального, чувствительность прибора уменьшают шунтом (мощным сопротивлением).

Напряжение измеряют вольтметром, к цепи он подключается параллельно.
Комбинированный прибор для измерения и тока и напряжения называют авометром.
Для замеров сопротивления используют омметр или мегомметр. Этими приборами часто прозванивают цепь, чтобы найти обрыв или удостовериться в ее целостности.
Измерительные приборы должны проходить периодическое тестирование. На крупных предприятиях специально для этих целей создаются измерительные лаборатории. После тестирования прибора лаборатория ставит на его лицевую сторону свое клеймо. Наличие клейма говорит о том, что прибор работоспособен, имеет допустимую точность (погрешность) измерения и, при условии правильной эксплуатации, до следующей поверки его показаниям можно верить.
Счетчик электроэнергии тоже является измерительным прибором, в который добавлена еще и функция учета используемой электроэнергии. Принцип действия счётчика предельно прост, как и его устройство. Он имеет обычный электродвигатель с редуктором, подключенным к колесикам с циферками. При увеличении силы тока в цепи двигатель крутится быстрей, быстрее перемещаются и сами цифры.
В быту мы пользуемся не профессиональной измерительной техникой, но в силу отсутствия необходимости очень точного измерения это не столь существенно.