«Да будет свет!»— промолвил электрик, и зажёг спичку.
Ну, юмор не всегда спасает ситуацию. В жизни зачастую требуется квалифицированное вмешательство знающего человека. Хотите вникнуть в секреты мастерства? Что должен знать начинающий электрик?
Основы метрологии и электромерные приборы.
Кратко об основах.
Метрология — важная наука о замерах, методах и средствах измерений с нужной точностью. Замер — другими словами, нахождение физических величин экспериментально со специальными техническими средствами (меры и приборы замера). Мера — средство замера, нужное для воспроизведения физических величин нужного размера.
А прибор замера - средство для выработки сигнала замерной информации в форме, доступной для воспроизведения наблюдателем.
Меры и приборы бывают рабочие и образцовые:
рабочие — для практических замеров;
образцовые — для проверки по ним рабочих приборов.
Методы замеров
Ознакомимся с методами замеров, которые бывают прямыми и косвенными. Метод - это совокупность приёмов, средств и принципов замеров, то есть замер физических явлений, на которых основаны замеры.
Прямые замеры. При них искомое значение величины находится непосредственно из опытных данных или показаний приборов.
Косвенные — такие, при которых замеряемая величина не замеряется непосредственно, а искомое значение находится под счётом на основании известных зависимостей.
Непосредственная оценка. В этом случае значение замеряемой величины определяют по отсчетному устройству замерного прибора.
Сравнение. Метод, при котором замеряемую величину сравнивают с величиной меры.
Нулевой метод. Сопоставление с мерой, в которой результирующая F замеряемой и известной величины доводится до нуля.
Погрешности замеров
При любом замере его результат отличается от истинного значения. Причинами погрешностей могут служить несовершенства приборов, методов замера, субъективных ошибок экспериментатора и случайных влияний.
Погрешности бывают:
1. систематические;
2. случайные;
3. грубые.
Как их отличить?
Систематические (или остающиеся постоянными, также — закономерно меняющиеся при повторных замерах) погрешности устраняются с помощью поправки на процент погрешности. Случайная погрешность — меняется случайным образом при повторных замерах одной и той же величины.
Под грубой понимают погрешность замера, которая намного выше ожидаемого результата. Она просто отбрасывается.
Единицы мер
Основные единицы измерения (международная СИ - современная метрическая система) следующие:
1) метр — длины,
2) килограмм — веса,
3) секунда — времени,
4) ампер — силы тока,
5) кельвин К — температуры,
6) моль — количества вещества,
7) кандела — силы света.
Дополнительные единицы:
радиан — плоского угла,
стерадиан — телесного (объёмного) угла.
Для таких единиц установлены следующие определения:
Радиан — угол, расположенный между двумя радиусами окружности, дуга между которыми равна радиусу.
Стерадиан — объёмный угол с вершиной в центре сферы, очерчивающий на поверхности сферы площадь, равную S квадрата, со стороной, равной радиусу сферы.
Для уменьшения или увеличения значения единиц измерения применяются следующие приставки:
дека (х 10), деци (1/10);
гекто (х 100), санти (1/100);
кило (х 1 000), милли (1/1000);
мега (х 1 000 000), микро (1/1000000);
гига (х 1 000 000 000), нано (1/1000 000 000)...
Меры электрических единиц (эталоны)
Эталон существует как средство замера для воспроизведения и хранения единиц замера, чтобы можно было передавать их размеры другим приборам.
Бывают:
- государственные;
- первичные;
- вторичные;
- эталоны сравнения;
- рабочие.
1. Меры тока (токовые весы).
У токовых весов можно заметить коромысло с подвешенной на одном плече ходовой катушкой К1, последовательно соединённой с неподвижной катушкой К2.
Когда ток проходит по катушкам, появляется сила электродинамического взаимодействия, и катушка К1 входит в катушку К2.
Эта сила уравновешивается эталонной гирей, которая устанавливается на второе плечо коромысла. Через катушки регулируют силу тока до получения равновесия весов. При установке весов на ноль, ток, проходящий по катушкам, будет равен 1 А.
Токовые весы обеспечивают погрешность в 0,0001%.
2. Мера ЭДС или нормальный элемент.
Нормальный элемент являет собой Н-образный стеклянный сосуд. Положительный электрод в нём — ртуть, а отрицательный — амальгам кадмия. ЭДС, которую выдаёт элемент, 1,0185 В (вольта). Допустимое изменение ЭДС в элементе за 1 год составляет 50 мкВ.
Нормальный элемент нельзя переворачивать, трясти, допускать неодинаковый нагрев.
3. Мера электрического сопротивления (далее — ЭС).
Меры ЭС — это образцовые резисторы, которые изготовляются из манганиновой проволоки. Манганин — это медь (15%), никель (4%), марганец. Изготовленные резисторы крепятся в цилиндрическом каркасе и припаиваются к кожуху с внутренней стороны. Катушки имеют 4 вывода. Два — токовые и два — зажимы напряжения.
Набор резисторов в общем корпусе, соединённых по определённой схеме, называют магазином резисторов.
4. Мера индуктивности (далее — МИ).
МИ — это катушки с неизменным значением индуктивности. Образцовая катушка — это каркас из пластмасса или фарфора, обмотанный медным проводом. Использование каркаса из не намагниченного материала делает независимой индуктивность от тока в катушке.
Набор катушек в каком-то каркасе называют магазином индуктивности.
5. Мера ёмкости (далее — МЁ).
МЁ — это образцовые конденсаторы с известной неизменной ёмкостью.
За образцовые берутся воздушные или слюдяные конденсаторы. Несколько конденсаторов, соединённых вместе — магазин конденсаторов.
Общая информация об электрозамерных приборах.
Замерные механизмы приборов
1) магнитно-электрическая система.
В этой измерительной системе ход подвижной части вызывается реакцией магнита и магнитного потока, созданного током, проходящим по катушке.
Магнитная цепь создаётся постоянным магнитом, двумя полюсными башмаками и стальным цилиндром между ними.
Подвижная часть замерного механизма включает рамку, выполненную из алюминиевого каркаса, на который наматывается медная проволока. На рамке крепятся две пластины с кернами, на более длинном керне закрепляются две противоположные пружины, к которым подпаиваются выводные концы рамки, а также устанавливается стрелка с противовесами.
В результате реакций магнитного потока, созданного током, проходящим по рамке, и магнитного поля в зазоре магнитопровода, появляются магнитные силы, которые действуют на рамку. Рамка поворачивается, поворачивая стрелку.
2) Электромагнитная система.
В электромагнитных механизмах ход двигающейся части настаёт благодаря реакцям магнитного поля, созданного неподвижной катушкой с замеряемым током. Самые распространённые замерные механизмы с плоской, круглой катушками.
Неподвижная часть — катушка, магнит, экран.
Подвижная имеет ось с укреплённым на нём стальным сердечником, указательная стрелка, противомоментная пружина, алюминиевый Г-образный сектор (успокоитель).
3) Электродинамическая (далее - э.д.) система.
В замерных механизмах э.д. системы ход подвижной части получается за счёт э.д. реакции между токами, идущими по ходовой и неподвижной катушкам.
Ходовая система — ось с прикреплённой катушкой, стрелкой, крылом воздушного успокоителя и двумя противомоментными пружинами для подвода тока к катушке.
Как работать с амперметром и вольтметром.
Чтобы измерить ток в цепи, амперметр последовательно соединяется с приёмником энергии. При этом сопротивление измерительного механизма амперметра должно быть очень малым сравнительно с сопротивлением приёмника энергии. Это для того чтобы не вносить искажение в режим работы цепи. Чтобы изучить микроамперметр, можно перейти на сайт.
Чтобы измерить напряжение на приёмнике энергии, вольтметр подключается параллельно и должен иметь сильнейшее сопротивление сравнительно с сопротивлением приёмника.
Чтобы расширить пределы измерения амперметров, применяются шунты. Чем меньше сопротивление шунта, тем больший ток мы можем замерять.
Чтобы же расширить пределы измерения вольтметра, необходимо последовательно с V-метром включить добавочный резистор.
Чем больше сопротивление дополнительного резистора, тем больше напряжения можно промерять.
Измерение сопротивлений.
Встречаются такие виды сопротивлений:
- малые (до 10 м),
- средние (от 10 м - до 100 кОм),
- большие (свыше 100 кОм).
Сопротивление — одно из важнейших параметров электроцепи. Именно по этой причине изготавливая электрические машины, аппаратоы, замеряют их сопротивление (R). Когда измеряются малые R, на результат влияет R контактов, соединительных проводов и контактная термоэдс.
А когда измеряются большие R, учитывают объёмное и поверхностное R, влияние температуры и влажности. Измерение R твёрдых проводников делают на постоянном токе с применением приборов магнитно-электрической системы.
Измерение сопротивления жидких проводников или заземлителей производят на переменном токе, потому что при постоянном токе происходит явление электролиза.
Мы рассмотрели, какие бывают электрические измерения, погрешности и меры измерений — эталоны. Получили общее представление об электроизмерительных приборах. Теперь можно смело приступать к практике на электротехнике соседей и хороших знакомых!
Напоминание. «Ученье — свет, незнанье — тьма». Поэтому собираясь к соседу «на подмогу», не забудьте положить в карман брюк коробок со спичками или рабочий фонарик. И пусть дело мастера боится!