рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Меры электрических величин

Меры электрических величин - раздел Приборостроение, Метрология Эталоны, Которые Воспроизводят Единицу Измерения, Называют Мерами. По ...

Эталоны, которые воспроизводят единицу измерения, называют мерами. По назначению меры делят на образцовые и рабочие. Меры, утвержденные в качестве образцо­вых, предназначаются для поверки и градуировки рабочих средств измерений. Рабочие меры служат для измерений.

По точности воспроизведения физической величины образцо­вые меры бывают 1, 2 и 3-го разрядов, причем наименьшая по­грешность воспроизведения у меры 1-го разряда. По допускаемой погрешности воспроизведения значения физической величины рабочие меры относят к различным классам точности.

По наименованию воспроизводимой единицы меры делятся на меры э.д.с. или электрического напряжения; меры электрического сопротивления; меры электрической емкости; меры индуктивности и взаимной индуктивности; меры магнитной индукции; меры магнитного потока. По количеству воспроизводимых размеров величины меры делят на однозначные и многозначные и наборы мер. Од­нозначные меры воспроизводят одно значение физиче­ской величины. Многозначные меры воспроизводят (плавно или дискретно) ряд значений одной и той же физической величины. Широкое применение имеют мага­зины сопротивлений, емкости и индуктивности, обеспечивающие ряд дискретных значений.

Меры э.д.с. и электрического напряжения. В качестве образцовой меры э.д.с. используют нормальные элементы (НЭ). НЭ представляют собой специальный источник химической энергии, состоящий из стабильного обратимого гальванического элемента с точно известной э.д.с. Обратимость гальванического элемента заключается в том, что при его разряде химическая реакция протекает в одном направлении, а при заряде, т.е. при восстановлении, в обратном. Выпускают нормальные элементы двух типов - насыщенные и ненасыщенные, в зависимости от того, насыщенный или ненасыщенный водный раствор сернокислого кадмия используется в них в качестве электролита. Отличаются они своими характеристиками.

 
Насыщенный нормальный элемент (рис. 5.1) состо­ит из Н-образного стеклянного сосуда, заполненного определенными веществами. Верхние концы сосуда за­паяны, а в нижние впаяны платиновые проволочки— выводы.

-
Положительным элект­родом насыщенного нор­мального элемента является ртуть, а отрицательным— амальгама кадмия. Анодная ветвь имеет следующее за­полнение: ртуть - 1, суль­фат ртути - 2, кристаллы сульфата кадмия - 3. Катодная ветвь состоит из следу­ющих частей: амальгама кадмия – 4 (10-12 % кадмия и 88-90 % ртути), кристаллы сульфата кадмия – 5. Средние части 6 обеих ветвей заполнены насыщенным раствором сульфата кадмия, содержащего избыток кри­сталлов CdS04×8/3Н2О. Кристаллы сульфата кадмия 3 и 5 обеспечивают сохранение насыщения электролита 6. Нормальный элемент заключен в металлический, деревянный или пластмассовый кожух с хорошо изолированными зажимами, к которым присоединяются проводники от электродов.

Значения э.д.с. насыщенного НЭ при 20 0С лежат в диапазоне Е20 = 1,018540 – 1,018730 В. Согласно ГОСТ 1954-82 насыщенные НЭ могут иметь один из следующих классов точности: 0,0002; 0,0005; 0,001; 0,002; 0,005. Эти значения соответствуют наибольшим допускаемым изменениям э.д.с. за 1 год – на 2, 5, 10, 20, и 50 мкВ. Наибольший ток, который можно пропускать через насыщенный НЭ, определяется временным режимом работы и зависит от класса точности элемента. Согласно ГОСТ 1954-82 наибольший допустимый ток лежит в диапазоне от 0,002 до 1 мкА. Если температура НЭ отличается от 20 0С, то изменение э.д.с. следует учитывать по формуле

Et = E20 – 40,6×10-6(t-20) – 0,95×10-6(t-20)2 +0,01×10-6(t-20)3 ,

где Et – э.д.с, В, при температуре t,0C; Е20э.д.с., В, при температуре 20 0С, указанная в паспорте НЭ. Внутреннее сопротивление насыщенных НЭ составляет 500 – 2000 Ом.

Ненасыщенные НЭ отличаются от насыщенных тем, что у них применяется ненасыщенный раствор сульфата кадмия, который не содержит кристаллов CdS04×8/3Н2О при температуре выше 4 0С. Воспроизводимость и стабильность значения э.д.с. ненасыщенных НЭ ниже, чем насыщенных.

Конструкция ненасыщенных нормальных элементов аналогична конструкции насыщенных. Ненасыщенные НЭ выпускаются с классами точности 0,002; 0,005; 0,01 и 0,02. Это соответствует допустимым изменениям э.д.с. на 20, 50, 100 и 200 мкВ в год. Э.д.с. ненасыщенных НЭ лежит в диапазоне Е = 1,018800 - 1,019600 В и незначительно зависит от температуры (не более 0,0002 % на 1 К). Внутреннее сопротивление 300 - 600 Ом. Вследствие пониженных требований к точности воспроизведения значения э.д.с. ненасыщенных нормальных элементов максимальный ток их больше, чем у насыщенных, и составляет 100 мкА. При работе с НЭ следует оберегать их от тряски, опрокидывания, перегрева и воздействия сильного света. Эти требования менее жестки для ненасыщенных НЭ, поэтому они нашли широкое применение в переносных средствах измерения.

В последнее время для получения весьма точного постоян­ного напряжения с погрешностью 5×10-8 используют открытый в 1962 г. эффект Джозефсона. Элемент Джозефсона состоит из двух сверхпроводников, соединенных друг с другом посредством тонкого слоя несверхпроводящего материала. При протекании через сверхпроводники постоянного тока в контактной зоне эле­мента Джозефсона устанавливается напряжение (эффект по­стоянного тока Джозефсона). Если на этот постоянный ток нало­жить переменный ток высокой частоты, то возникает эффект переменного тока Джозефсона. Переменный ток влияет таким образом, что вольт-амперная характеристика у элемента имеет ступенчатую форму. Напряжение каждой ступени

DU = h×f / 2e.

Так как отношение h/e двух постоянных ( h — постоянная Планка, е -элементарный заряд) также постоянно, то опреде­ление напряжения сводится к измерению частоты f. Как из­вестно, частота может быть измерена с очень высокой точ­ностью. При частоте 10 ГГц напряжение ступени DU равно примерно 20 мкВ. Это напряжение в противоположность э.д.с. нормального элемента не зависит от внешних факторов, таких как температура, сотрясения, вибрации, электрические нагрузки, старение и т. д. Правда, из-за больших технических сложностей, возникающих при изготовлении установки с элементом Джозеф­сона, он применяется только при очень высоких требованиях к точности.

В качестве рабочего образцового напряжения в последнее время широко применяют стабилизированные источники со ста­билитронами.

Меры электрического сопротивления. Мерами электрического сопротивления называют образцо­вые резисторы, если они для этой цели сконструированы, изго­товлены и прошли государственную поверку. Все другие рези­сторы называют измерительными. Они могут быть иногда использованы также в качестве образцовых резисторов более низкого порядка, если имеют соответствующее свидетельство о государственной поверке. Предполагается при этом, что они удовлетворяют минимальным требованиям к точности и ста­бильности.

Образцовые резисторы изготавливают из манганина. Манганин пред­ставляет собой сплав из 84 % меди, 12 % марганца и 4 % ни­келя. Он имеет большое удельное электрическое сопротивление, очень малый температурный коэффициент - порядка 1×10-5 К-1 и малую термо-э.д.с. в паре с медью. Для резисторов сопротивлением от 10-4 до 10-2 Ом применяют листовой манганин, от 10-1 до 102 - манганиновую проволоку, намотанную бифилярно, а для 103— 105 Ом - намотанную по Шаперону (рис. 5.2).

Образцовые резисторы могут иметь класс точности от 0,0005 до 0,1 при номинальном сопротивлении от 10-5 до 1010 Ом.

На рис. 5.3 показан внешний вид образцового резистора. На металлический или фарфоровый каркас 1 наматывается обмотка 2 из манганиновой проволоки, концы которой припаиваются к зажимам 3 и 4. Каркас катушки крепится к корпусу с отверстиями для лучшего охлаждения обмотки. В некоторых конструкциях каркас заполняется трансформаторным маслом, что повышает влагостойкость изоляции и улучшает условия теплоотдачи обмотки.

Катушки снабжаются четырьмя зажимами, два из которых называются токовыми (зажимы 4) и предназначены для включения образцовой катушки в цепь тока, два других называются потенциальными (зажимы 3). Потенциальные зажимы предназначены для измерения падения напряжения на сопротивлении катушки. Образцовые резисторы из манганина могут быть нагружены в воздухе до 1 Вт, а в масляной ванне - до 4 Вт.

При работе в цепях переменного тока может существенную (и нежелательную) роль играть реактивность резистора, обусловленная её индуктивностью L0 и собственной емкостью C0 . При этом полное сопротивление образцового резистора приближенно дается формулой

Z = R + jw(L0 - R2C0).

Отношение t = (L0 - R2C0)/R характеризует степень реактивности резистора. Величина t называется постоянной времени. Её значение обычно лежит в пределах 10-8 – 10-5 с. Чтобы уменьшить t, применяют специальные виды намотки (см. рис. 5.2).

Магазины сопротивлений являются образцовыми мерами с пе­ременным значением сопротивлений. Применяемые в магазинах катушки сопротивлений обычно имеют простую бифилярную намот­ку. В магазинах сопротивлений, изготовляемых для измерений с повышенной точностью в цепях переменного тока, для уменьше­ния постоянной времени катушек применяют более сложные намот­ки. Во многих случаях магазины сопротивлений используются в качестве реостатов или потенциометров для регулирования тока или напряжения в маломощных электрических цепях. В зависимости от способа переключения сопротивлений магази­ны делятся на штепсельные и рычажные. Штепсельные имеют на­бор катушек сопротивлений, соединенных последовательно (рис.5.4).

Каждая катушка подсоединяется к латунным пластинам, которые можно соединять между собой с помощью штепселей - конических стерж­ней, вставляемых в специаль-ные гнезда, и тем самым закорачи-вать катушки. При полностью вставленных штепселях все катушки со­противлений будут закорочены и сопротивление магазина будет мини-мальным, наоборот, если все гнезда будут свободны от штеп­селей, сопротивление магазина будет максимальным.

Рычажные магазины сопротивлений состоят из нескольких декад (рис. 5.5).

 
 

 

 


Рычажные магазины сопротивлений состоят из нескольких де­кад (рис.5.5).

 

Концы однотипных катушек сопротивлений для каждой дека­ды подсоединяются к контактам, по которым скользят щетки, же­стко скрепленные с рычагами. Суммарное сопротивление магазина отсчитывается по положению рычагов в каждой декаде.

Магазины сопротивлений выпускаются следующих классов точ­ности: 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5 и 1,0. При работе ток (мощность рассеяния) не должен превышать допустимого значения, указанно­го на маркировке. Магазины сопротивлений, предназначенные для использования на высоких частотах (сотни килогерц и выше), из­готовляют из непроволочных резисторов. Точность таких магазинов не лучше класса 1,0.

Меры индуктивности и взаимной индук­тивности. Меры индуктивности и взаимной индуктивно­сти выполняют в виде образцовых катушек и магазинов. Образ­цовая катушка состоит из изолированного провода, намотанного на плоский каркас из мрамора, фарфора или пластмассы (рис. 5.6).

Для уменьшения актив-ного сопротивления и влияния поверхност­ного эффекта используется провод, состоя-щий из большого числа тонких изолированных жил, называемый «литцендрат». Для улучшения изоляции витков и повышения стабильности индуктивности обмотку пропитывают пара-фином. Витки жестко скрепля­ются между собой и каркасом.

Катушки взаимной индуктивности состоят из двух индуктивно связанных образцовых катушек (рис. 5.6 б) и могут быть исполь­зованы как двухполюсник или четырехполюсник. Катушки индук­тивности изготовляют на значения от 0,0001 до 10 Гн, а катушки взаимной индуктивности - на значения от 0,001 до 0,1 Гн. Классы точности таких катушек 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,5; 1.

Меры индуктивности применяются для измерения в цепях пе­ременного тока. Каждая катушка, кроме собственной индуктивно­сти L0, имеет межвитковую емкость С0 и некоторое омическое со­противление R. Значения С0 и R в мерах индуктивности стремятся получить минимальными.

Катушки индуктивности характеризуются добротностью Q = w×L0/R, причем, чем выше добротность, тем качественней катушка.

Мерами переменных и взаимных индуктивностей служат мага­зины индуктивностей и вариометры. Магазины индуктивностей представляют собой набор катушек индуктивностей, расположен­ных в одном корпусе с переключающими устройствами. Чтобы при различных значениях индуктивностей не изменялось активное со­противление цепи, предусмотрены катушки сопротивления, заме­щающие активное сопротивление R выключаемых катушек индук­тивности.

Вариометры изготовляют из двух индуктивно связанных кату­шек. Меняя плавно взаимное расположение этих катушек, можно изменять коэффициент взаимной индуктивности. Катушки варио­метра можно соединять последовательно или параллельно, что позволяет менять общую индуктивность вариометра в зависимости от угла поворота одной катушки относительно другой. Угол пово­рота отсчитывается по шкале, а значения индуктивности и взаим­ной индуктивности определяют по градуировочным таблицам.

Меры электрической емкости. Меры электрической емкости изготовляют в виде образцовых измерительных конденсаторов постоянной емкости, ма­газинов емкостей и конденсаторов переменной емкости. В образцовых конденсаторах постоянной емкости диэлектриком является воздух или слюда. Такие «воздушные» и «слюдяные» конденсато­ры имеют большое сопротивление изоляции и малые потери в ди­электрике; их емкость не зависит от частоты и формы приложен­ного напряжения, а зависимость от температуры - минимальна. Особо высокая точность воспроизведения емкости обеспечивается конденсаторами с воздушным диэлектриком, однако из-за больших габаритов они выпускаются до емкости 0,01 мкФ. Конструкция об­разцовых конденсаторов определяется рабочим напряжением: при низких напряжениях пластины плоскопараллельные, при высоких - цилиндрические. Погрешность емкости образцовых воздушных конденсаторов находится в пределах ± (0,03—0,05) %.

Конденсаторы со слюдяным диэлектриком позволяют получить большие значения емкости при меньших размерах и пото­му широко применяются как образцовые и рабочие меры, а также в магазинах емкостей. Слюдяные конденсаторы выпускаются с но­минальным значением емкости от 0,01 до 1 мкФ; диэлектрические потери и температурный коэффициент емкости у них в несколько раз больше, чем у воздушных.

В магазинах емкостей необходимое значение емкости подбирается с помощью переключающих устройств штепсельного (рис. 5.7 а) или рычажного (рис. 5.7 б) типа. В последнее время образцовые конденсаторы малой емкости - от 1 до 5×103 пФ — изготовляют с воздушно-кварцевым или воздушно-полистироловым диэлектриком, а большой емкости - до 108 пФ - со стирофлексным.

В качестве образцовых конденсаторов переменной емкости применяются исключительно воздушные конденсаторы с высококачествен­ной изоляцией ротора от статора и совершенным отсчетным устройством. Максимальная емкость таких конденсаторов не пре­вышает 0,01 мкФ, потери в диэлектрике

tgd = 10-4, погрешность ус­тановки емкости составляет (0,05—0,1) %, температурный коэффи­циент емкости не превышает 0,003 % на 1°С.

 

 

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Метрология

С в бирюков а и чередов.. метрология..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Меры электрических величин

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Омск 2000
УДК 389 (075) ББК 30.10 я 73 Б 64 Рецензенты: В.М.Осипов, гл. конструктор ПО “Электроточприбор”; А.И.Калачев, проректор по научной работе Сибирского

МЕТРОЛОГИЯ. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ В ОБЛАСТИ МЕТРОЛОГИИ
Метрология - это наука об измерениях, о методах и средствах обеспеченияих единства и способах достижения требуемой точ­ности [ 2 ]. Метрология зародилась в глубокой др

Измерение. Измеряемые величины
Определения метрологии и метрологического обеспечения на­чинаются с основного понятия - измерение. Пожалуй, ни одно определение в области метрологии не вызывает столько споров, как определение этог

Физическая величина. Единица физической величины
Физическая величина - это свойство, общее в качественном отношении многим объектам (системам, их состояниям и проис­ходящим в них процессам), но в количественном отношении ин­дивидуальное дл

Системы единиц физических величин
При проведении любых измерений измеряемая величина сравнивается с другой однородной с ней величиной, принятой за единицу. Для построения системы единиц выбирают произвольно несколько физических вел

Размер величины. Значение величины
Размер физической величины – количественная определенность физической величины, присущая конкретному материальному объекту, системе, явлению или процессу [3]. Иногда возражают проти

Размерность физических величин
Размерность физических величин— это соотношение между единицами величин, входящих в уравнение, свя­зывающее данную величину с другими величинами, через которые она выражается. Разм

Методы и средства измерений
Под понятием метод измерения подразумевается совокупность процессов использования принципов и средств измерений. Принцип измерений - это совокупность физических явлений, на к

Измерений
Эталон единицы физической величины — средство измерений (или комплекс средств измерений), предназначенное для воспро­изведения и хранения единицы данной величины (в некоторых случаях только

Точность измерений
Термин «точность измерения» применяется очень широко, одна­ко пока нет общепринятого способа выражать точность измерения количественно. В ГОСТ 16263—70 сказано: «Количественно точ­ность може

Погрешность измерений
Под погрешностью измерения понимается алгебраическая раз­ность между полученным при измерении значением измеряемой величины и значением, выражающим истинный размер этой величины. Практически

Поверка средств измерений
Поверка – совокупность операций, выполняемых органами государственной метрологической службы с целью определения и подтверждения соответствия средства измерений установленным техническим тре

Меры и наборы мер
Мерой называется средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера. При­мерами мер являются аттенюаторы - меры затухания, магазины сопротивлений

Измерительные преобразователи
Согласно ГОСТ 16263 - 70 измерительный преобразователь - это средство измерений, предназначенное для выработки сигнала из­мерительной информации в форме, удобной для передачи, дальней­шего п

Измерительные приборы
Измерительный прибор - средство измерения, предназначен­ное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. Выработк

Измерительные установки и системы
Измерительная установка - это совокупность функционально объединенных средств измерений (мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей) и вспомогательных устройств, предназначе

Метрологические характеристики средств измерений
Измерительная техника обладает большим арсеналом разнообраз­ных средств измерений, предназначенных для решения различных из­мерительных задач. Все средства измерений можно характеризовать некоторым

Погрешности средств измерений
Составляющая погрешности измерений, обуслов­ленная свойствами применяемых средств измерений (далее СИ), называется инст­рументальной погрешностью измерения. Эта погреш­ность является важнейш

Нормирование метрологических характеристик средств измерений
Средства из­мерений можно использовать по назначению, если известны их метрологические свойства. Последние обычно описывают путем указания номинальных значений тех или иных характеристик и допускае

Способы выражения пределов допускаемых погрешностей средств измерений
В настоящее время для большинства электрических средств измерений, используемых в статическом режиме, нормируют пределы допускаемых погрешностей. Пределом допускаемой погрешности (д

Погрешности измерений
При практическом осуществлении процесса измере­ний независимо от точности средств измерений, правиль­ности методики и тщательности выполнения измерений результаты измерений отличаются от и

Абсолютные и относительные погрешности
Абсолютная погрешность D - это разность между измерен­ным X и истинным Xи значениями измеряемой величины. Абсо­лютная погрешность выражается в единицах измеряемой ве­личины: D =

Отсчитывания и установки
Инструменталь­ными (приборными или аппаратурными) погрешностями называются такие, которые принадлежат данному средству измерений, могут быть определены при его испытаниях и занесены в его п

Систематические, прогрессирующие, случайные и грубые погрешности
Систематическая погрешность измерений Dс — состав­ляющая погрешности измерения, остающаяся постоян­ной или закономерно изменяющаяся при повторных из­мерениях одной и той же велич

Вероятностный подход к описанию погрешностей
Законы распределения случайных погрешностей. Случайные погрешности обнаруживают при проведении ряда измерений одной и той же величины. Результаты измерений при этом, как правило, не совпадаю

Формы представления результатов измерения
Результат измерения имеет ценность лишь тогда, когда можно оценить его интервал неопределенности, т.е. степень достоверности. Поэтому результат измерений должен содержать значение измеряемой величи

ЭТАЛОНЫ. ОБРАЗЦОВЫЕ И РАБОЧИЕ МЕРЫ
Для обеспечения единства измерений необходима тожде­ственность единиц, в которых проградуированы все средства изме­рений одной и той же физической величины. Единство измерений достигается

Эталоны
Эталоном единицы величины называют средство измерений, предназначенное для воспроизведения и хранения единицы величины (или кратных либо дольных значений единицы величины) с целью пере­дачи

Об обеспечении единства измерений
Измерения являются могучим средством, объединяющим те­орию с практической деятельностью человека. Результаты из­мерений в современном обществе приобретают большую значи­мость. Они служат основой дл

Государственное управление обеспечением единства измерений
Государственное управление деятельностью по обеспечению единства измерений в Российской Федерации осуществляет Комитет Российской Фе­дерации по стандартизации, метрологии и серти­фикации (Госстанда

Государственный метрологический контроль и надзор
Виды государственного метрологического контроля и надзора. Государственный метрологический контроль и надзор осуществляется Государственной метрологической службой Госстандарта России. Госуд

Калибровка и сертификация средств измерений
1. Калибровка средств измерений Средства измерений, не подлежащие поверке, могут подвергаться калибровке, при выпуске из производства или ремонта, при ввозе по импорту, при эксплуатации, п

Б И Б Л И О Г Р А Ф И Я
1. Атамалян Э.Г. Приборы и методы измерения электрических величин: Учеб. пособие для студ. втузов. – М.: Высш. шк., 1989. – 384 с. 2. ГОСТ 16263-70 ГСИ. Метрология. Термины и определения.

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги