Стартовая >> Архив >> Электрификация сельскохозяйственного производства

Электрические приборы и измерения - Электрификация сельскохозяйственного производства

Оглавление
Электрификация сельскохозяйственного производства
Электрические приборы и измерения
Электроснабжение сельскохозяйственных предприятий
Трансформаторные подстанции и ЛЭП
Внутренние электрические проводки
Электрические машины постоянного тока
Электрические машины переменного тока
Электропривод машин и оборудования
Предохранители
Реле
Автоматические выключатели и датчики
Монтаж электродвигателей и уход за ними
Использование оптического излучения
Светильники в сельском хозяйстве, облучение, электроловушки

  Глава IV. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ И ИЗМЕРЕНИЯ

§ 1. Требования, предъявляемые к электроизмерительным приборам

В условиях сельскохозяйственного производства при помощи электроизмерительных приборов измеряют и электрические величины (например, напряжение, ток, мощность, сопротивление) и некоторые неэлектрические величины (температура, давление, перемещение, уровень и т. п.).
К электроизмерительным приборам предъявляется ряд общих технических требований.
Точность. Всякий измерительный прибор из-за относительного несовершенства конструкции, а также из-за нестабильности измерительной цепи имеет погрешность, то есть его показания всегда отличаются от действительного значения измеряемой величины.
Точность (и класс) прибора тем выше, чем меньше отличаются его показания от действительного значения измеряемой величины.
Стабильность. Физико-механические, электрические, магнитные и другие свойства электроизмерительных приборов в процессе их эксплуатации под действием различных факторов могут изменяться и тем самым влиять на погрешность прибора, то есть сказываться на стабильности, неизменности результатов измерений.
Устойчивость к влияниям внешних факторов способствует более точной и качественной работе электроизмерительных приборов. Чем меньше влияния внешних факторов, тем достовернее результаты измерений.
Чувствительность — это отношение линейного или углового перемещения указателя (стрелки) прибора к изменению значения измеряемой величины.
Электроизмерительный прибор должен наряду с точным показанием числового значения измеряемой величины остро реагировать па самое малое изменение этой величины.
Собственное потребление электроэнергии — важный показатель качества электроизмерительного прибора.
С увеличением потребляемой прибором электроэнергии возрастает его влияние на исследуемую цепь и увеличиваются погрешности измерений.
Перегрузочная способность характеризует свойство электроизмерительных приборов противостоять в процессе эксплуатации кратковременным незначительным перегрузкам. Электроизмерительные приборы рассчитаны на определенную перегрузочную способность.
Изоляция токоведущих частей. Надежность работы электроизмерительных приборов в значительной мере зависит от состояния изоляции их токоведущих частей. При пониженном сопротивлении изоляции токоведущих частей прибора возможны токи утечки, приводящие к увеличению погрешности измерений.
Механическая добротность показывающих электроизмерительных приборов зависит чаще всего от уравновешенности подвижной системы. При хорошо уравновешенной подвижной системе и малом моменте трения прибор отличает более высокая механическая добротность.

§ 2. Классы точности электроизмерительных приборов и погрешности измерения

Точность измерений характеризуется погрешностью измерений. Принято различать абсолютную, относительную и приведенную относительную погрешности.
Абсолютная погрешность
(139)
где Аизи — показание прибора;
Ад — действительное значение измеряемой величины (может быть принято по показанию образцового прибора).
Относительная погрешность
(140)
Приведенная относительная погрешность прибора
(141)
где Аи—номинальное значение шкалы прибора, то есть его верхний предел измерений.
В соответствии с приведенной относительной погрешностью все электроизмерительные приборы подразделяют на восемь классов точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0. Эти числа приводятся на шкалах приборов и показывают, какую наибольшую погрешность (в процентах от номинального значения шкалы) может дать прибор при измерениях. Следовательно, наибольшие допустимые погрешности, определяющие классы точности приборов, таковы: ±0,05; ±0,1; ±0,2; ±0,5; ±1,0; ±1,5;±2,5; ±4,0%.
Обратимся к конкретному примеру. Если, судя по показаниям амперметра, номинальное значение шкалы которого 10А, ток в электрической цепи 4,9 А, а действительное значение тока (по показаниям эталонного прибора) 5,0 А, то абсолютная погрешность

относительная погрешность а приведенная относительнаяпогрешность

§ 3. Методы измерений и классификация электроизмерительных приборов

Электрические измерения по способу получения результата разделяют на прямые и косвенные.
Прямые измерения выполняют при помощи приборов, шкала которых проградуирована в искомых величинах (например, силу тока измеряют амперметром, напряжение вольтметром, сопротивление омметром).
Косвенные измерения предполагают применение приборов, дающих значения вспомогательных величин, посредством которых затем вычисляют искомую величину. Например, электрическую мощность можно вычислить по известной формуле Р=UI, предварительно измерив амперметром силу тока I и вольтметром напряжение U.
Существуют два метода измерений: метод непосредственной оценки и метод сравнеия. В соответствии с первым из них значение некоторой величины определяют непосредственно по показаниям измерительного прибора (так измеряют, например, силу тока,
напряжение). По второму методу числовое значение искомой величины находят путем сравнения с мерой данной величины (например, измерение неизвестного сопротивления сводится к его сравнению с заранее известными калиброванными сопротивлениями).
Электроизмерительные приборы в общем случае подразделяют на приборы непосредственной оценки — показывающие (амперметры, вольтметры, ваттметры и др.) и приборы сравнения (например, измерительные мосты, потенциометры).
Ниже приведена классификация электроизмерительных приборов по основным признакам.
По принципу действия: приборы магнитоэлектрической, электромагнитной, электродинамической, ферродинамической, индукционной и некоторых других систем.
По роду измеряемой величины: вольтметры (напряжение, э.д.с.), амперметры (сила тока), ваттметры (мощность), счетчики электроэнергии (энергия), омметры (сопротивление), частотомеры (частота переменного тока), фазометры (угол сдвига фаз, cos <р) и др.
По роду тока: приборы постоянного тока, приборы переменного тока и универсальные — постоянного и переменного тока.
По характеру применения: переносные и стационарные (щитовые).
По условиям эксплуатации: приборы группы А (в сухих отапливаемых помещениях при температуре окружающей среды +10--+35°С и влажности до 80%); Б (в закрытых неотапливаемых помещениях при температуре окружающей среды —30-+40° С и влажности до 90%); В (в полевых и морских условиях); Т(в условиях тропического климата).
По устойчивости к механическим воздействиям: обыкновенные, тряскопрочные, вибропрочные, ударопрочные, тряскоустойчивые, виброустойчивые.

§ 4. Измерительные механизмы электроизмерительных приборов

Измерительные механизмы приборов могут быть отнесены к различным системам, основные из которых охарактеризованы ниже.

Схема измерительного механизма электроизмерительного прибора
Рис. 50. Схема измерительного механизма электроизмерительного прибора магнитоэлектрической системы:
1 — постоянный магнит; 2 — полюсный наколенник; 3 — стрелка; 4 — полуось; 5 — противовес; 6 — пружина; 7 — сердечник рамки: а — рамка.

Измерительные механизмы магнитоэлектрической системы состоят из двух основных частей: обычно это неподвижный постоянный магнит 1 (рис. 50) и подвижная проволочная рамка 8, расположенная между его полюсами 2 и укрепленная на полуосях (кернах) 3.
В результате взаимодействия магнитных полей магнита 1 и постоянного тока, пропускаемого по обмотке рамки 8, возникает электромагнитный момент, поворачивающий рамку и связанную с ней стрелку 3 на некоторый угол, который определяют по выражению
(142)
где В — магнитная индукция в зазоре;
S — площадь. рамки; w — число витков обмотки рамки;
I — ток, протекающий по обмотке рамки;
D— удельный противодействующий момент спиральной пружины.
Противодействующий электромагнитному механический момент создает спиральная пружина 6.
Для каждого прибора отношение—величина
постоянная и, следовательно,
при некотором номинальном предельном значении тока рамка отклоняется на максимальный угол.
Иногда в приборах магнитоэлектрической системы применяют подвижный постоянный магнит и неподвижную проволочную катушку.


Рис. 51. Схема измерительного механизма электроизмерительного прибора электромагнитной системы:
1— катушка; 2 — сектор успокоителя; 3 — экран; 4 — ось; 5 — магнит успокоителя; 6— подвижный сердечник; 7 — противовес; 8 — пружина) 9 - стрелка.

Электромагнитная система находит наибольшее применение для технических измерений. Принцип действия измерительных механизмов этой системы основан на свойстве неподвижной катушки 1 (рис. 51), включенной в цепь тока, втягивать якорь — стальной сердечник 6, связанный с указательной стрелкой 9. Противодействующий механический момент создается спиральной пружиной 8.
Угол поворота, подвижного механизма и стрелки пропорционален квадрату силы тока, проходящего по обмотке катушки 1.
В измерительных механизмах электродинамической системы в результате взаимодействия токов, проходящих по обмоткам неподвижной и подвижной катушек, возникает электромагнитный момент, поворачивающий на определенный угол подвижную катушку вместе с указательной стрелкой. Противодействующий механический момент создается, спиральными пружинами.
В такой системе угол поворота подвижной части (катушки с осью и указательной стрелкой) пропорционален произведению значений токов неподвижной и подвижной катушек.

§ 6. Электрические измерения некоторых неэлектрических величин

Методы электрических измерений неэлектрических величин находят чрезвычайно широкое применение в сельскохозяйственном производстве.
Особенность подобных методов заключается в том, что искомая неэлектрическая величина (температура, влажность, давление, скорость и т. д.) преобразуется в зависимую от нее электрическую величину (напряжение, ток), по измерениям которой судят о значении соответствующей неэлектрической величины. Это характерное для данного вида измерений преобразование неэлектрической величины в электрическую происходит в специальных устройствах — измерительных преобразователя (датчик а х). В зависимости от физических явлений и принципов действия, которые положены в основу работы датчиков, различают следующие типы применяемых в практике сельскохозяйственных измерений датчиков: реостатные (для измерения объема, уровня жидкости, перемещения деталей и т. д.), контактного сопротивления и проволочные (для измерения давления, деформации и т. п.); термосопротивления (для измерения температуры, скорости движения газов, состава газов и др.); электролитические (для измерения концентрации и количественного анализа жидкостей и газов); магнитоупругие (для измерения механических величии); индуктивные (для измерения силы, давления и линейного перемещения); емкостные (для измерения силы, давления, линейного перемещения, угла поворота, количества вещества, содержания влаги); фотоэлектрические (для измерения линейных размеров, температуры, прозрачности и мутности жидкости и газовой среды); ионизационные (для анализа газа, определения плотности газа, а также геометрических размеров изделий).
Ниже в общем виде охарактеризованы методы и средства, применяемые в практике электрических измерений некоторых неэлектрических величин.
Измерения температуры почвы, воздуха, растений, животных, зерна и других объектов выполняются при помощи термометров сопротивления, термисторных и термоэлектрических термометров.
Принцип действия термометров сопротивления основан на том, что используемые в них проволочные термосопротивления из материала, который обладает большим температурным коэффициентом сопротивления, например меди (до 150° С), никеля (до 300° С), платины (до 600 °С), помещенные в контролируемую среду, изменяют свое сопротивление с изменением ее температуры. Измеряя электрическое сопротивление этих материалов, определяют температуру контролируемой среды.
В  термисторных термометрах в качестве воспринимающего элемента применяют полупроводниковые термосопротивления (термисторы, например тина ММТ), температурный коэффициент сопротивления которых намного (примерно в 10 раз) больше, чем у металлов.

Т е р м о э л е к т р и ч е с к и е  термометры преобразуют измеряемую неэлектрическую величину (температура) в электрическую — э.д.с. Таким термоэлектрическим преобразователем является термопара, состоящая из двух специально подобранных проволок, одни концы которых спаяны или сварены, а другие подключены к измерительному прибору. Если место соединения проволок нагреть, то на свободных концах появляется термо-э.д.с., значение которой пропорционально температуре и зависит от материала проволок. В термопарах используют сочетания различных металлов: медь — константам
(до 300° С), Медь — копель (до 600°), железо — копель (до 800° С), хромель — копель (до 800° С), хром — алюмель (до 1300 С), платина — платинородий (до 1600° С).
Измерение влажности твердых тел (дерева, ткани, кожи и др.) и сыпучих тел (почвы, зерна, крупы, муки и др.) выполняют, используя метод электропроводности или метод диэлектрической проницаемости.
В приборах для измерения влажности твердых и сыпучих материалов применяют емкостные преобразователи (конденсаторы). При заполнении испытуемым материалом пространства между электродами изменяется емкость такого конденсатора, которая определяется диэлектрической проницаемостью материала, зависящей, в свою очередь, от содержания влаги в нем.
Измерение давлений, усилий и деформаций проводят посредством электрических датчиков с проволочными или индуктивными преобразователями, соединенными по мостовой схеме.
Преобразователи (датчики) из тонкой (например, из константановой или нихромовой) проволоки приклеивают к поверхности исследуемой машины, установки или детали. Во время испытаний деформации воспринимаются преобразователем, в результате чего его размеры, удельное и общее сопротивления соответственно изменяются. Измеряя электрическое сопротивление, определяют давления и механические напряжения, возникающие в исследуемом объекте.
Измерение частоты вращения выполняют при помощи электрических тахометров.
В индукционных тахометрах скорость вращения преобразуется посредством генератора постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов в напряжение, измеряемое вольтметром, шкала которого проградуирована непосредственно в единицах искомой величины (об/мин).
Измерение крутящих моментов при испытании тракторов и сельскохозяйственных машин проводят при помощи ротационных динамометров и динамографов (торсиометров).

Лабораторная работа 6. Электроизмерительные приборы и электрические измерения неэлектрических величии
Цель работы. Ознакомиться с устройством, принципом действия и схемами включения электроизмерительных приборов — вольтметра и амперметра и датчиков температуры. Проведи сравнительные измерения температуры термометром сопротивления, электротермометром с термистором и ртутным термометром.
Оборудование и приборы. Электрическая термокамера или сушильный шкаф, термометр сопротивления, электротермометр с термисторами,
образцы электроизмерительных приборов (вольтметр, амперметр), источники переменного и постоянного тока.

Последовательность выполнения работы.

  1. Ознакомиться с техническими характеристиками, схемами устройства и конструкциями электроизмерительных приборов (вольтметра, амперметра).
  2. Записать основные технические характеристики электроизмерительных приборов.
  3. Вычертить и собрать схему для измерения силы тока.
  4. Вычертить и собрать схему для измерения напряжения.
  5. После проверки схем преподавателем измерить салу тока и напряжение а цепи.
  6. Ознакомиться с устройством электрических приборов для измерения температуры.
  7. Записать краткие технические характеристики электрических термометров.
  8. Провести измерения температуры по нескольким точкам электрическими методами и сравнить результаты измерений с показаниями ртутного термометра.
  9. Составить отчет о работе.


 
« Экономические предпосылки управления электропотреблением на уровне энергообъединения   Электрооборудование внутризаводского транспорта »
электрические сети