Глава одиннадцатая. Электроизмерительные приборы и техника электрических измерений

§ 88. Общие замечания об электроизмерительных приборах

Если для определения времени служат часы, для измерения длины, площади и объема служат соответственно линейные, квадратные и кубические меры, для измерения веса служат весы и т. д., то для измерения электрических величин применяются специальные электроизмерительные приборы. Электроизмерительные приборы нашли себе широкое применение для рациональной эксплуатации, контроля и защиты электрических установок в различных отраслях народного хозяйства.

В электроизмерительных приборах различают подвижную и неподвижную части прибора. Проявление электрического тока, его тепловые, магнитные и механические действия положены в основу взаимодействия подвижной и неподвижной частей прибора. Возникающий вследствие этого вращающий момент поворачивает подвижную часть прибора вместе с указателем (стрелкой).

Под действием вращающего момента подвижная система поворачивается на угол, тем больший, чем больше будет измеряемая величина. В противовес вращающему моменту должен быть создан равный к противоположный противодействующий момент, так как иначе при любых значениях измеряемой величины (кроме нуля) стрелка будет отклоняться в конец шкалы до упора.

Обычно противодействующий момент создается при помощи спиральных пружин из фосфористой бронзы.

Трение, как известно, направлено всегда против движения. Поэтому при движении подвижной части прибора трение будет мешать этому и искажать показания прибора. Для уменьшения трения подвижная часть, вращающаяся вокруг оси, в некоторых конструкциях крепится на кернах в подпятниках из камня высокой твердости (рубина, сапфира, агата). На рис. 208 показаны оси и подпятник электроизмерительных приборов. Для предохранения кернов и подпятников от разрушения при переносе или транспортировке некоторые приборы имеют приспособление, называемое арретиром, которое поднимает подвижную часть и закрепляет ее неподвижно.

Рис. 208. Конструкция оси и подпятника электроизмерительного прибора: 1 - неисправный керн, 2 - исправный керн, 3 - сталь, 4 - стальной керн, 5 - алюминиевая трубка, 6 - агат или рубин, 7 - стопорный винт

Под влиянием тех или иных причин противодействующий момент прибора изменяется. Например, при различных температурах спиральные пружины имеют неодинаковую упругость. В этом случае стрелка прибора будет отходить от нулевого деления. Для установки стрелки в нулевое положение служит приспособление, называемое корректором. На рис. 209 показана конструкция подвижной части электроизмерительного прибора с корректором. Измерительный механизм прибора заключен в корпус, защищающий прибор от механических воздействий и попадания пыли, воды, газов.

Рис. 209. Конструкция подвижных частей электроизмерительного прибора с корректором: 1 - корректор (для установки стрелки в исходное нулевое положение), 2 - поводок корректора, 3 - спиральная пружина (для создания противодействующего момента), 4 - грузики (для совмещения центра тяжести с осью вращения)

Одним из условий, предъявляемых к прибору, является быстрое успокоение его подвижной части, достигаемое применением специальных приспособлений - успокоителей, использующих механическое сопротивление среды (воздух, масло) или магнитоиндукционное торможение.

Действие магнитоиндукционного успокоителя основано на взаимодействии постоянного магнита и вихревых токов, индуктированных полем в алюминиевом диске при колебаниях стрелки. Согласно закону Ленца это вызывает торможение диска.

На рис. 210 показаны конструкции воздушного и магнитоиндукционного успокоителей.

Рис. 210. Конструкция успокоителя: а - воздушного, б - магнитоиндукционного

Наибольшее указанное на шкале прибора значение величины, которое прибор может измерить непосредственно, называется номинальным показанием прибора. При производстве электрических измерений обычно показание прибора отличается от действительного значения измеряемой величины.

Разность между показанием прибора и действительным значением измеряемой величины называется абсолютной погрешностью. Так, например, если амперметр показал величину тока, равную 5 а, а действительное значение тока, измеренное образцовым амперметром, равно 4,9 а, то абсолютная погрешность равна 5 - 4,9 = 0,1 а. Зная абсолютную погрешность прибора, можно вносить поправку при измерениях и получать действительное значение измеряемой величины.

Отношение абсолютной погрешности к действительному значению измеряемой величины называется относительной погрешностью. В примере, приведенном выше, относительная погрешность равна

Точность самого прибора характеризуется основной приведенной погрешностью. Приведенной погрешностью прибора называется отношение абсолютной погрешности к номинальному показанию прибора.

Так, например, если номинальное показание амперметра равно 10 а, то приведенная погрешность составит

Приведенная погрешность прибора, определенная при нормальных условиях (нормальное положение шкалы, нормальная температура 20°С, отсутствие внешних магнитных полей, отсутствие вблизи поверяемого прибора больших ферромагнитных масс), называется основной приведенной погрешностью.

Электроизмерительный прибор, включенный в сеть, не должен изменять режим работы сети и поэтому его собственное потребление мощности должно быть минимальным.

Основными факторами при выборе прибора являются: надежность в эксплуатации, простота обращения с прибором, точность, собственное потребление мощности, внешняя форма, вес, стоимость.