А. Электрические измерения

Развитие науки и техники неразрывно связаны с измерениями. Д. И. Менделеев писал: «Наука начинается с тех пор, как начинают измерять, точная наука немыслима без меры». У. Т. Кельвин говорил: «Каждая вещь известна лишь в той степени, в какой ее можно измерить».

Совершенно естественно, что электротехника также немыслима без измерений. Поэтому ознакомимся с общими сведениями об электроизмерительной аппаратуре и способах (методах) измерения электрических и неэлектрических величин, которыми широко пользуются электроэнергетики.

А.1. Основные понятия и определения.

Измерение — экспериментальное сравнение измеряемой величины с другой однородной величиной, принятой и узаконенной в качестве единицы. Для осуществления измерения служат меры и измерительные приборы.

Мера — вещественно воспроизведенная (изготовленная) единица измерения, долевое или кратное его значение. Мерой ЭДС, например, служит нормальный гальванический элемент, характеризующийся весьма стабильным значением развиваемой ЭДС; электрического сопротивления — образцовая измерительная катушка сопротивления или измерительный магазин сопротивления и т. п.

Электроизмерительный прибор — устройство, с помощью которого производят измерение электрических величин. Например, амперметром измеряют ток, вольтметром — напряжение, ваттметром — мощность, счетчиком — электроэнергию и т. п.

Совокупность мер и измерительных приборов — измерительная аппаратура', измерительная аппаратура с методами (способами) измерений — измерительная техника. Все вопросы, связанные с измерениями, исследуются отраслью знаний, называемой метрологией.

По ряду причин показания приборов всегда отличаются от номинальных или действительных значений измеряемых величин. В связи с этим пользуются понятиями погрешностей измерений, которые подразделяются на абсолютные, относительные и приведенные.

Абсолютная погрешность измерения — разность между измеряемым А_И и действительным Л_д значениями контролируемой величины, ДА = А_п- — Л_д; относительная погрешность — отношение абсолютной погрешности к действительной, у = ДЛ / Л_д; приведенная — отношение максимальной абсолютной погрешности ДЛ_тах к предельному (номинальному) значению измеряемой величины Л_н, указанной на шкале прибора, (3 = ДЛ_тах /К Относительную и приведенную погрешности обычно выражают в процентах.

Электроизмерительные приборы по степени точности делятся на восемь классов: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4. Класс точности указывают на шкале прибора, и он обозначает относительную приведенную погрешность в процентах. Например, класс точности прибора 0,5 означает, что (3 = 0,5%. По классу точности прибора можно подсчитать максимальную абсолютную погрешность. Так, если на шкале вольтметра, рассчитанного на U_H = 150 В, указан класс точности 1,5, то он допускает ДU_max = = (3(/" / 100 = 1,5 • 150 / 100 = 2,25 В. Иными словами рассматриваемый вольтметр «имеет законное право» ошибаться на ± 2,25 В.

А.2. Классификация и условные обозначения показывающих приборов В зависимости от способа представления измеряемой величины приборы подразделяют на аналоговые (непрерывного действия), цифровые (дискретного действия), показывающие, регистрирующие, самопишущие, печатающие, интегрирующие и суммирующие. По назначению приборы делятся на приборы измерения электрических величин (ток, напряжение, мощность, электроэнергия, сдвиг фаз, частота и др.) и неэлектрических величин (механические, тепловые, химические, биологические и др.).

Приборы различают также по условиям эксплуатации, защищенности от внешних магнитных и электрических полей, устойчивости к механическим воздействиям, принципу действия и др. Они маркируются буквами и цифрами.

Заметив, что в дальнейшем будут рассмотрены в основном приборы прямого действия как наиболее распространенные в электротехнике, приведем буквенные маркировки и условные обозначения (изображения). Они сведены в табл. А.1.

Таблица А. 1

Наименование прибора (системы).	Условные обозначения.
Магнитоэлектрический прибор	М.
Электромагнитный прибор	Э.

Окончание табл. А. 1

Наименование прибора (системы).	Условные обозначения.
Электродинамический прибор	д.
Ферродинамический прибор	д.
Индукционный прибор	И.
Электростатический прибор	С.

Из шкалы реального электроизмерительного прибора можно извлечь основную информацию о его технических характеристиках: тип, класс точности, область применения, максимальные значения измеряемой величины и частоты, испытательное напряжение изоляции, завод-изготовитель и др.

А.З. Общие сведения о показывающих приборах Показывающих приборов — большое разнообразие, но несмотря на это они в основном состоят из преобразовательного элемента ПЭ, измерительного механизма ИМ и отсчетного устройства ОУ. В ПЭ происходит одно из ряда последовательных преобразований измеряемой величины X в функционально связанную с ней величину У. ИМ состоит из неподвижной и подвижной (обычной вращающейся) частей, взаимодействие которых вызывает перемещение (вращение) подвижной части. ОУ предназначено для отсчитывания значений измеряемой величины.

Механические силы, действующие на подвижную часть прибора, создают вращающий момент М_вр, иод действием которого подвижная часть перемещается (поворачивается) на максимальную величину, и измерения не происходит. Чтобы отклонение подвижной части однозначно зависело от измеряемой величины (угла отклонения) ОУ, необходимо создать момент, противодействующий вращающему Л/_пр и возрастающий с ростом М_вр. Таким образом, чтобы подвижная часть прибора достигла установившегося состояния, всегда должно соблюдаться равенство М_вр = М_пр.

А.4. Общие узлы и детали приборов прямого действия Несмотря на конструктивные различия приборов, многие из них имеют общие узлы и детали, часть из которых представлена на рис. А1.

К ним относятся корпус, его неподвижные и подвижные части (6, 7), устройство для создания противодействующего момента М_Щ) — пружина (1), растяжки (6) и подвес (7), успокоитель (рис. А.2), отсчетное устройство (стрелка 4 и шкала 5), корректор (2, 3) и арретир.

Корпус, предохраняющий основные элементы прибора, выполняют обычно из пластмассы, но может быть металлическим и деревянным.

Неподвижная часть у большинства приборов представляет собой проводниковую катушку с ферромагнитным сердечником или без него, постоянный магнит и металлические пластинки. Подвижная часть у многих приборов выполняется из постоянного магнита, проводниковой катушки, проводниковых диска или сегмента. В современных показывающих приборах М_вр создается с помощью плоских пружин, растяжек и подвесок.

Рис.А.1

После подключения прибора подвижная часть обычно колеблется около измеряемой величины. С целью уменьшения времени колебания (максимум до 4 с) в приборах предусматриваются так называемые успокоители (рис. Л.2). Они бывают воздушные (см. рис. А.2, а, б), жидкостные и магнитоиндукционные (см. рис. А.2, в).

Рис. А.2

Воздушный успокоитель представляет собой закрытую камеру (1, 3), внутри которого перемещается поршенек (2) или крыльчатка (4), жестко соединенные с подвижной частью прибора. При перемещении их внутри камеры создается перепад давления, который тормозит движение поршенька (крыльчатки), что способствует затуханию колебания подвижной части. В камерах жидкостных успокоителей находится жидкость, например масло.

Магнитоиндукционный успокоитель состоит из постоянного магнита (5) и алюминиевой пластинки (6), жестко соединенной с подвижной частью прибора. При колебаниях подвижной части прибора алюминиевая пластинка перемещается в поле магнита, вследствие чего в ней наводятся вихревые токи, взаимодействие которых с создавшим их магнитным полем создает тормозящий, успокаивающий момент. При этом в качестве пластинки может выступать алюминиевый каркас подвижной рамки в магнитоэлектрических приборах, вращающийся диск в индукционных приборах и др.

Отсчетиое устройство состоит из шкалы именованной (отградуированной в единицах измеряемых величин — амперах, вольтах и т. п.) или неименованной (отградуированной условно) и указателя (стрелка, световой и цифровой индикаторы). Чтобы определить по прибору с условной шкалой значение измеряемой величины X, нужно умножить число делений Д, отсчитанных указателем по шкале, на цену деления С, т. е. X = ДС. При этом С = А_и / N, где А_н — верхний предел измерения прибора, N — число делений (рисок), нанесенных на шкалу. Например, цена деления вольтметра на 220 В с условной шкалой, разделенной на 100 делений, будет С = 220/ 100 = 2,2 В/дел.

Корректором устанавливают указатель на ноль, но шкале (если он сместился) перед измерением, арретиром фиксируют (зажимают) подвижную часть переносного прибора во избежание его повреждения во время перевозки (переноски).

А.5. Приборы непосредственной оценки К приборам непосредственной оценки относятся магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические (ферродинамические), электростатические, индукционные и др.

Магнитоэлектрические приборы. Принцип действия таких приборов основан на взаимодействии магнитных полей их неподвижных и подвижных частей. Они могут быть с неподвижным постоянным магнитом и подвижной катушкой (рамкой), по которой протекает измеряемый ток (напряжение), (рис. А. З, а), или неподвижной катушкой (электромагнит), по которой протекает измеряемый ток (напряжение), и подвижным постоянным магнитом (рис. А. З, б).

Измерительный механизм с подвижной рамкой состоит из постоянного магнита 3 с полюсными наконечниками, между которыми расположен неподвижный сердечник из магнитомягкого материала. Между неподвижными полюсными наконечниками и сердечником размещается подвижная прямоугольная рамка (катушка) 2, которая может быть бескаркасной или с алюминиевым каркасом. Измеряемый ток к катушке подводится через спиральные пружины 1, которые одновременно создают противодействующий момент М_щу Магнитное поле постоянного магнита, действуя на ток, протекающий, но катушке, создает вращающий момент М_вр, который поворачивает катушку со стрелкой 4 по шкале 5 отсчетного устройства до равенства моментов М_вр = М_пр.

Рис. АЗ

Электромагнитный прибор с подвижным магнитом 6 измеряет ток (напряжение), протекающий по неподвижной катушке 7. В зависимости от величины этого тока постоянный магнит поворачивается на соответствующий угол. Прикрепленная к нему стрелка 4 показывает на шкале 5 измеряемую величину.

Основные достоинства магнитоэлектрических приборов с подвижным магнитом — малые габариты и низкая стоимость, однако они невысокой чувствительности и точности. Они используются в мобильной технике — автомобилях, тракторах, самолетах.

Магнитоэлектрическими приборами измеряют постоянный ток (напряжение). Для измерения переменного тока они снабжаются преобразователями, например выпрямителями.

При измерении тока используют подвижную катушку (рамку) с малым сопротивлением, напряжения — последовательно с катушкой соединяют добавочное сопротивление такой величины, чтобы по рамке протекал номинальный ток.

Для расширения предела измерения постоянного тока применяют шунты, переменного — трансформаторы тока. Для измерения больших напряжений переменного тока используют трансформаторы напряжения.

Электромагнитные приборы. Принцип действия таких приборов основан на взаимодействии магнитного поля неподвижной катушки, обтекаемой измеряемым током, с подвижным ферромагнитным сердечником (рис. А.4, а). Магнитное иоле, создаваемое неподвижной катушкой 3 при протекании по ней измеряемого тока, втягивает ферромагнитный сердечник 2, эксцентрично укрепленный на оси. Противодействующий момент создается спиральной пружиной 1. На оси жестко укреплена стрелка 4, которая вместе со шкалой 5 образует отсчетное устройство прибора.

Вращающий момент прибора пропорционален Т², поэтому его шкала неравномерна: в начале шкалы при малых токах деления сжаты, по мере удаления от начала — разрежены.

Рис. Л А

Приборы электромагнитной системы в основном применяют в качестве щитовых на электростанциях, подстанциях, промпредприятиях, в лабораториях и др.

Электродинамические и ферродинамические приборы. Принцип действия таких приборов основан на взаимодействии магнитных полей неподвижной и подвижной катушек с измеряемыми электрическими величинами (током, напряжением и их произведением). Измерительный механизм электродинамического прибора (рис. А.4, 6) состоит из неподвижной катушки (обычно она секционирована) 3, подвижной катушки 2. На оси с подвижной катушкой жестко укреплена стрелка 4, которая вместе со шкалой 5 образует отсчетное устройство. Противодействующий момент в приборе создает пружина 1.

Взаимодействие магнитных полей катушек с токами /_н и /_т создает вращающий момент, пропорциональный произведению токов М_вр = 1_и1_т или М_вр ее uj_t.

Приборами электродинамической системы можно измерять ток, напряжение и мощность. У ваттметра одна из катушек со множеством тонких витков или большим сопротивлением называется папряжеической, к которой прикладывается напряжение U_w другая с малым количеством толстых витков или малым сопротивлением — токовой, через который протекает ток /_т. На рис. А.4, в изображена принципиальная схема включения ваттметра: здесь тонкой линией показана напряженческая обмотка, толстой — токовая.

Принципиальное отличие ферродинамических приборов от электродинамических состоит в том, что неподвижные катушки первых имеет ферромагнитный сердечник или магнитопровод. Такая конструкция прибора позволяет защитить его от воздействия внешних магнитных полей, способствует созданию большого вращающего момента и др.

Электростатические приборы. Принцип действия таких приборов основан на взаимодействии двух или нескольких заряженных проводников (пластин). Простейший электростатических прибор можно представить в виде воздушного конденсатора с тремя пластинами (рис. А.5, а).

Неподвижная часть прибора — это две металлические пластины 3, между которыми размещена подвижная часть — алюминиевая пластина 2, к которой прикреплена стрелка 4, образующая со шкалой 5 отсчетное устройство. Противодействующий момент создает пружина 1.

Рис. Л 5

Если к подвижной части плюсом, неподвижной — минусом подключить источник постоянного напряжения, то подвижная втянется в неподвижную пропорционально величине этого напряжения. Шкала прибора неравномерна, поскольку вращающий момент пропорционален квадрату измеряемого напряжения U².

Электростатические приборы, как правило, используются для измерения напряжения (от долей вольта до сотен киловольт).

Индукционные приборы. Принцип действия таких приборов основан на взаимодействии двух или нескольких переменных магнитных потоков с индуцированными ими же токами в подвижной части прибора. Схематическое устройство прибора, состоящего из двух неподвижных электромагнитов 3 с обмотками w_T и w_H соответственно и охваченного ими алюминиевого диска 2, прикрепленного жестко к оси 1, изображено на рис. А.5, б.

При подключении прибора к сети, но обмоткам w_T и w_u протекают токи /_т и /_н, которые возбуждают в обмотках соответствующие потоки Ф_т и Ф_н. Эти потоки, пронизывая диск 2, создают в них соответствующие вихревые токи /_вт и /_В11. Взаимодействие потока Ф_т с током /_вн и Ф_н с — /_вт создает вращающий момент М_вр = IU cos (p, где 1 = /_т, U — напряжение, приложенное к обмотке w_H и создающее ток /_н, (р — угол сдвига по фазе между напряжением U и I. Момент М_вр вращает диск 2. По числу оборотов диска в единицу времени определяют измеряемую электрическую величину. Противодействующий момент в индукционном приборе создается с помощью постоянного магнита 4, иоле которого пересекается подвижным диском 2. При этом в толще диска индуктируются токи, взаимодействие которых с нолем постоянного магнита тормозит диск.

Индукционными приборами можно измерять ток, напряжение, мощность и др., но в в основном они используются в качестве счетчиков электрической энергии.

В современных однофазных счетчиках электромагнитная система сложнее рассмотренной выше. Она создает в диске не два магнитных потока, а три. В них различают токовую и нстряженческую обмотки. Для измерения электроэнергии потребителя токовую обмотку подключают последовательно с потребителем, а напряженческую — параллельно.

Однофазные (бытовые) и трехфазные индукционные счетчики нашли широкое распространение. Однако их заменяют на электронные как наиболее современные.

Об электронных счетчиках электроэнергии. Здесь мы остановимся только на общей характеристике электронного счетчика электроэнергии, поскольку электронные схемы, принципы действия приборов и другие вопросы можно рассмотреть лишь при наличии знаний по электронике, что является самостоятельной задачей, не входящей в ОТЦ.

Электронный счетчик представляет собой преобразователь аналогового сигнала в частоту следования импульсов, подсчет которых дает количество потребляемой энергии. Главным преимуществом электронных счетчиков по сравнению с индукционными, является отсутствие вращающихся частей. Кроме того, они обеспечивают более широкий интервал входных напряжений, позволяют легко организовать многотарифные системы, посмотреть количество потребленной энергии за определенный период, например помесячно; измеряют потребляемую мощность, легко вписываются в конфигурацию систем АСКУЭ и обладают еще многими дополнительными сервисными функциями. Разнообразие этих функций заключается в программном обеспечении микроконтроллера, который является непременным атрибутом современного электронного счетчика электроэнергии.

Конструктивно электросчетчик состоит из корпуса с клеммной колодкой и печатной платы, на которой установлены все электронные компоненты — трансформатор тока, дисплей жидкокристаллического индикатора (ЖКИ), источник питания электронной схемы, супервизор, микроконтроллер, часы реального времени, телеметрический выход, органы управления и др.

Жидкокристаллический индикатор представляет собой многоразрядный буквенно-цифровой индикатор и предназначен для индикации режимов работы, информации о потребленной электроэнергии, отображении даты и текущего времени. Источник питания служит для питания микроконтроллера и других элементов электронной схемы. Супервизор формирует сигнал сброса для микроконтроллера при включении и отключении питания, а также следит за изменениями входного напряжения. «Сердцем» электронного электросчетчика является микроконтроллер, который выполняет практически все его функции. Он представляет собой АЦП (аналогово-цифровой преобразоватеь), который преобразует входной аналоговый сигнал с трансформатора тока в дискретный (цифровой) и выдает результат на цифровой дисплей. Микроконтроллер также принимает команды от органов управления и управляет интерфейсными выходами. Часы реального времени предназначены для отсчета текущего времени и даты. Гелеметрический выход служит для подключения к системе АСКУЭ или непосредственно к компьютеру.

В настоящее время развитие электронных счетчиков идет в основном в плане добавления новых функций. Различные производители добавляют все новые функции: например, некоторые устройства могут вести контроль состояния питающей сети с передачей этой информации в диспетчерские центры и т. д. Довольно часто в электросчетчик вводят функцию ограничения мощности. В этом случае при превышении потребляемой мощности электросчетчик отключает потребителя от сети. Для управления подачей напряжения внутрь электросчетчика устанавливают контактор на соответствующий ток. Также отключение возможно, если потребитель превысил отведенный ему лимит электроэнергии или же закончилась предоплата за электроэнергию. Некоторые электросчетчики позволяют пополнить денежный баланс прямо через встроенные в них считыватели пластиковых карт. К электросчетчикам данной группы относятся СТК-1−10, СТК-3−10 и др.

А.6. Измерение электрических величин Ознакомимся с некоторыми методами измерения электрических величин с использованием рассмотренных выше приборов непосредственной оценки.

Измерения тока и напряжения. Напомнив, что ток измеряется амперметром, напряжение — вольтметром, укажем, что прибор, включенный в исследуемую цепь, не должен заметно изменять ее параметры. Для этого внутреннее сопротивление амперметра, включаемого в цепь последовательно, делается малым (близким к нулю), вольтметра, включаемого в цепь параллельно, — большим (близким к бесконечности).

Для измерения постоянного тока и напряжения, как правило, используются приборы магнитоэлектрической системы, хотя можно применять и другие (см. выше). При этом, в зависимости от измеряемой величины, изменяется его измерительная схема: для измерения тока до 30 мА прибор включается в цепь непосредственно (рис. А.6, а, ключ К разомкнут), поскольку обмотка подвижной рамки и спирали (подвески) рассчитана на малые токи; для измерения больших токов он включается с использованием шунта R_m (рис. А.6, а, ключ К замкнут), который, являясь калиброванным сопротивлением, отводит часть тока от обмотки подвижной рамки (подвески). Шунты могут быть встроенными в прибор или выносными.

При измерении постоянного напряжения последовательно измерительному механизму включается большое добавочное сопротивление R_;x (рис. А.6, б), которое, как правило, встроено в прибор.

Рис. Л.6

Для измерения переменного тока и напряжения, как указывалось выше, можно использовать приборы различных систем, например электромагнитные приборы. Для измерения тока такими приборами катушки измерительного механизма включаются последовательно. На большие токи амперметры электромагнитной системы не изготавливают. Для измерения больших токов используют трансформаторы тока (см. параграф 10.6).

На рис. А.7, а приведена схема измерения тока напрямую (ключ К1 разомкнут, К2 — замкнут) и через трансформатор тока (ключ К1 замкнут, К2 — разомкнут). Для измерения напряжений до 600 В вольтметры включают напрямую (см. рис. А.7, а, ключ К1 разомкнут, К2 — замкнут), большего — через трансформаторы напряжения (см. параграф 10.6) (рис. А.7, б, ключ К1 замкнут, К2 — разомкнут).

Рис, А.7.

Измерение сопротивления методом амперметра и вольтметра. Электрические сопротивления по величине можно разделить условно на три группы: малые — до 1,0 Ом; средние — от 1 до 100 000 Ом (100 кОм, 0,1 МОм); большие — более 100 000 Ом. Сопротивления можно измерить: методом амперметра и вольтметра, омметром, с помощью мостов и потенциометром. Рассмотрим первый метод.

Сущность метода амперметра и вольтметра состоит в том, что искомое сопротивление определяют косвенно с использованием измеренных тока 1_А> напряжения U_v и закона Ома, т. е. R_u = U_v/ 1_А. При этом могут быть использованы две схемы измерения (рис. А.8). Схема на рис. А.8, а целесообразна для измерения малых сопротивлений, поскольку при этом ток, ответвляющийся в ветви с вольтметром, будет мизерным и ошибка (погрешность) — минимальной, потому что внутреннее сопротивление вольтметра R_v несоизмеримо больше, чем R_w т. е. R_v «R_u. Схема на рис. А.8, 6 целесообразна для измерения средних и больших сопротивлений, поскольку при этом падение напряжения на амперметре будет мизерным и ошибка (погрешность) — минимальной, так как внутреннее сопротивление амперметра R_A несоизмеримо меньше, чем R_H, т. е. R_A «R_u.

Рис. Л.8

Измерение мощности. Из выражения для мощности при постоянном токе Р = UI очевидно, что ее можно измерить с помощью вольтметра и амперметра косвенным методом. Между тем для измерения активной мощности при низкой частоте 50 (60) Гц применяют ваттметры электродинамической (класс точности 0,1—0,5) или (реже) ферродинамической (класс точности 1,5; 2,5) систем. Для измерения мощности на высоких частотах используют электронные приборы или приборы магнитоэлектрической системы с преобразователями. Ваттметры, как и счетчики электрической энергии индукционной системы, имеют токовую (включают последовательно нагрузке) и напряженческую (параллельно) обмотки, начала которых обозначаются звездочками. На рис. Л.9 приведены правильное (см. рис. А.9, а, зажимы со звездочками объединены) и неправильное (рис. А.9, б, зажимы со звездочкой и без звездочки объединены) включения ваттметра в однофазную цепь.

Рис. А.9

В трехфазных цепях активную мощность нагрузки можно измерять одним, двумя или тремя однофазными ваттметрами или специальными трехфазными, в которых синтезированы однофазные. Покажем, как измеряются мощности нагрузки в трехфазных цепях однофазными ваттметрами.

• 1. Если трехфазная система четырехпроводная и нагрузка симметричная, то мощность измеряют одним ваттметром в одной из фаз по рис. А. 10, а и показания ваттметра умножают на 3.
• 2. Если трехфазная система четырехпроводная и нагрузка не симметричная, то мощность измеряют тремя ваттметрами во всех трех фазах по рис. А. 10, 6 и показания ваттметров складывают.
• 3. Если трехфазная система трехпроводная и нагрузка симметричная, то мощность измеряют одним ваттметром по рис. А. 10, в (левый ваттметр). При этом образуют искусственную нулевую точку с помощью сопротивлений г_{ и г_2у чтобы они равнялись сопротивлению напряженческой обмотке ваттметра г_но, т. е. г_{ = г₂ = г_но. Тогда схема становится аналогичной схеме рис. А. 10, а, а Р = 3P_w.
• 4. Если трехфазная система трехпроводная, а нагрузка не симметричная, то мощность измеряют двумя ваттметрами и их показания складывают. На рис. А. 10, в включены два ваттметра: первый — на ток 1_а и напряжение U_ac> второй — на I_h и U_bc. Заметив, что ваттметры могут быть включены и по другим схемам, докажем, что сумма показаний ваттметров по рис. А. 10, в будет равна мощности нагрузки, соединенной, например, в звезду, а значит и в треугольник, поскольку треугольник всегда можно преобразовать в эквивалентную звезду.

Рис. А. 10

Сумма показаний ваттметров в символической форме запишется, очевидно, так:

где Подставив последние в первое и проделав соответствующие преобразования, будем иметь.

Из полученного очевидно, что ваттметры по рис. А. 10, в измерят потребляемую нагрузкой активную мощность Р.

А.7. Измерение неэлектрических величин Особенностью электрических приборов для измерения неэлектрических величин является обязательное наличие преобразователя неэлектрической величины в электрическую, который называется датчиком. Датчики делятся на генераторные (измеряемую неэлектрическую величину преобразуют в ЭДС) и параметрические (измеряемую неэлектрическую величину преобразуют в один из электрических параметров: г, L, М, С).

На практике перечень неэлектрических величин, измеряемых электроизмерительными приборами, гораздо больше, чем перечень электрических величин. Э го механические, теплотехнические, жидкостные, газообразные и т. п. величины. Из такого множества приведем два примера измерения неэлектрических величин с использованием генераторного и параметрического датчиков.

Измерение температуры с использованием термопары. Термопара — генераторный датчик, состоящий из двух различных проводников спаянных одними концами и предназначенный для измерения температуры. Их несколько разновидностей, например ТПП (платинородий — платина, в которой 10% родия). Таким датчиком можно измерять температур}' до 1300 °C, кратковременно — до 1600 °C.

Измерение температуры производят так. Место спая термопары помещают в объекте, где измеряется температура. При этом на холодных концах термопары возникает термо-ЭДС, которая подается на электроизмерительный прибор, например, магнитоэлектрической системы, через ПУ (промежуточное устройство, состоящее из согласующего элемента, усилителя и др). Электроизмерительный прибор (его нередко называют «головкой»), отградуированный в градусах, показывает измеряемую температуру. Схематическое устройство измерителя температуры показано на рис. А.11, а.

Рис. А. 11

Измерение толщины стального листа с использованием индуктивного датчика. Индуктивный датчик — проводниковая катушка с ферромагнитным сердечником с возможностью плавного изменения индуктивности. На рис. А. 11, б изображена схема для измерения толщины стального листа 1 путем протягивания его через ролики 2 и 3. При изменении толщины листа изменится зазор 8 между неподвижным 4 и подвижным 5 сердечниками датчика, что повлечет за собой изменение индуктивности датчика L, а значит и его индуктивного сопротивления х — соL. Вследствие этого изменится полное сопротивление датчика Z = Jr² + х = ^г² -г (соL)², а значит и ток I, протекающий по катушке датчика, чему будет пропорциональна толщина листа при и = const.