Краткая теория. Технические средства, используемые при электрических измерениях, подразделяются на:

Технические средства, используемые при электрических измерениях, подразделяются на:

- меры;

- измерительные преобразователи;

- измерительные установки;

- измерительные информационные системы;

- электроизмерительные приборы.

Мера – средство измерения, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера с определенной точностью.

Измерительные преобразователи – средства выработки сигналов измерительной информации в форме удобной для передачи, дальнейшего преобразования и обработки (шунты, добавочные резисторы – приборы, не меняющие электрического характера сигнала и позволяющие расширить пределы измерений).

Электроизмерительные приборы – средства электрических измерений, предназначенные для выработки сигналов измерительной информации, удобной для непосредственного восприятия наблюдателем.

Измерительные приборы делятся на аналоговые и цифровые (см. введение). В аналоговых приборах показания изменяются плавно, а в цифровых – дискретно (ступенями) при плавном изменении измеряемой величины.

Электроизмерительные приборы характеризуются чувствительностью.

Чувствительность прибора – это способность реагировать на изменение входного сигнала. Чувствительность представляет собой отношение сигнала на выходе к сигналу на входе прибора:

.

Размерность чувствительности прибора зависит от характера измеряемой величины. Например, для амперметра это дел/А, для вольтметра – дел/В.

Цена деления – это величина, обратная чувствительности (для амперметра – А/дел, для вольтметра – В/дел):

.

Так же электроизмерительные приборы характеризуются током полного отклонения (), при котором стрелка максимально отклонена, и напряжением полного отклонения (), которое соответствует току полного отклонения. Таким образом, напряжение полного отклонения равно: , где – сопротивление прибора.

Определить абсолютно точно значение измеряемой величины невозможно, что объясняется отсутствием абсолютно точных приборов и влиянием различных внешних факторов. Отклонение измеряемого результата от истинного значения измеряемой величины называется погрешностью измерения.

Абсолютная погрешность:

,

где – результат измерения; – истинное значение измеряемой величины.

Относительная погрешность:

(в долях) или (в процентах).

Так как истинное значение величины неизвестно, то за него принимают значение, найденное экспериментальным путем и настолько приближенное к истинному, что может быть использовано вместо него. Поэтому на практике значение погрешности можно оценить только приближенно.

Включение электроизмерительных приборов в цепь вносит в измерения дополнительные погрешности. Рассмотрим, как рассчитывают дополнительные погрешности, вносимые амперметрами и вольтметрами.

Амперметр – это прибор, служащий для измерения силы тока. Для измерения силы тока данный электроизмерительный прибор, параметры которого , , включается в разрыв исследуемой цепи, то есть последовательно с тем элементом, ток через который нужно определить (рис. 1.1).

Ток в цепи зависит от напряжения источника и сопротивления нагрузки . Включение прибора вызывает некоторое уменьшение силы тока в цепи, т.к. общее сопротивление в цепи возрастает до .

.

Так как (без прибора), а (с прибором), то дополнительная относительная погрешность равна:

, (1.1)

где и – дополнительные относительная и абсолютная погрешности измеряемого тока, вызванные включением амперметра в исследуемую цепь.

Изменением силы тока можно пренебречь, если > > .

Расширить пределы измерения силы тока можно, если применить шунт (который по сути является резистором), подключенный параллельно электроизмерительному прибору (рис. 1.2).

Так как шунт имеет сравнительно малое сопротивление, то измеряемый ток разветвляется на две неравные части: большая часть проходит через шунт, меньшая – через прибор. Таким образом, измеряемый ток достигает предельного значения при полном отклонении стрелки прибора:

, (1.2)

где – предельное значение измеряемого тока, – ток, проходящий через шунт, – ток полного отклонения через электроизмерительный прибор.

Падение напряжения на выводах шунта и измерительного прибора равны и составляют:

. (1.3)

Используя вышеуказанные формулы (1.2) и (1.3), найдем сопротивление шунта:

. (1.4)

Из формулы (1.4) следует, что чем больше выбранный предел измеряемого тока, тем меньше должно быть сопротивление шунта.

Вольтметр – прибор, служащий для измерения напряжения. Для этого вольтметр включают параллельно участку цепи, к которому приложено измеряемое напряжение (рис. 1.3).

Включение прибора вызывает некоторое уменьшение напряжения, поскольку уменьшается сопротивление участка из-за его шунтирования сопротивлением прибора.

Этим уменьшением напряжения можно пренебречь, если .

Погрешности, вызванные включением прибора, можно рассчитать по формулам:

, (1.5)

, (1.6)

где и – дополнительные относительная и абсолютная погрешности измеряемого напряжения, вызванные включением вольтметра в исследуемую цепь, – результат измерения прибором, включенным в цепь, – истинное значение измеряемой величины.

Для расширения пределов измерений напряжения последовательно измерительному прибору и параллельно исследуемому участку цепи включается добавочный резистор , имеющий сравнительно большое, точно подобранное, сопротивление (рис. 1.4).

Измеряемое напряжение делится на две неравные части: большая приходится на , меньшая – вызывает отклонение стрелки прибора. При полном отклонении стрелки напряжение достигает своего предельного значения:

, (1.7)

где – предельное значение измеряемого напряжения, – напряжение на добавочном сопротивлении, – напряжение на электроизмерительном приборе, соответствующее полному отклонению стрелки прибора.

Т.к. через и прибор проходит общий ток , то , а . Отсюда:

. (1.8)

Т.к. , то:

. (1.9)

В лабораторной работе по изучению электроизмерительных приборов используется универсальный лабораторный стенд (УЛС).

На специальной универсальной плате расположены: электроизмерительный прибор (микроамперметр), подстроечный переменный резистор , эталонный постоянный резистор , потенциометр для регулировки напряжения исследуемой цепи от 0 до 15В, постоянный резистор для ограничения тока в цепи, клеммы и для подключения добавочного сопротивления или шунта.

Измерение напряжения на участке цепи производится вольтметром.