Чувствительность и цена деления измерительного прибора

Чувствительностью электроизмерительного прибора называ­ется отношение линейного или углового перемещения указателя d к изме­нению измеряемой величины , вызывавшей это перемещение

.

ВеличинаС=1/S, обратная чувствительности, называется ценой де­ления прибора. Цена деления прибора определяет значение измеряе­мой физиче­ской величины, вызывающей отклонение указателя прибора (стрелочного, цифро­вого, светового, вибрационного) на одно мини­мальное деление.

Цена деления зави­сит от верхнего и нижнего преде­лов изме­рения и от числа делений шкалы. На рис. 5 показана шкала при­бора, рассчитанного на измерение постоян­ного тока в преде­лах от 0 до 300 mA, шкала которого имеет 60 делений. Цена де­ления такого при­бора равна отношению верхнего предела измерения к об­щему коли­че­ству делений шкалы, т.е., , чувстви­тельность .

Погрешности электроизмерительных приборов

Абсолютно точно измерить электрические величины с помощью приборов невозможно из-за целого ряда причин (конструктивное несо­вершенство самих приборов, влияние внешних факторов и т.п.). Для оценки точности самих измерительных приборов служит их приведен­ная погрешность. Приведенная погрешность _п определяет в процен­тах отношение абсолютной погрешности A к верхнему пре­делу измере­ния прибора (у многопредельных приборов к верх­нему пре­делу на соот­ветствующем диапазоне):

.

Классом точности  прибора называется наибольшая возможная при­веденная погрешность прибора:

,

где 

A_max — наибольшая возможная абсолютная погрешность при­бора.

Для электроизмерительных приборов стандартом установлены сле­дующие классы точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4.

Пример. Имеется амперметр класса 0,5 с пределом измерения тока I_max= 2A. Рассчитать приборную погрешность этого амперметра — I.

Максимальная абсолютная погрешность, исходя из класса точно­сти прибора, определяется по формуле

.

В качестве приборной погрешности этого амперметра можно при­нять половину 

I_max , т.е. .

Следует отметить, что класс точности средств измерений не явля­ется показателем точности измерения, т.к. на результат измерения влияют, помимо инструментальной, методические и субъективные по­грешности.

Фронтальная лабораторная работа №1 Определение цены деления прибора

Цель работы: определение цены деления исследуемого прибора по напряжению и по току.

Оборудование: исследуемый прибор ИП, многопредельные контроль­ные вольтметр и миллиамперметр, реостат.

Задание 1. Определение цены деления исследуемого прибора по напряжению.

Порядок выполнения задания

1. Собрать цепь по схеме на рис. 6. К делителю напряжения R подключают исследуемый прибор ИП и параллельно ему кон­трольный вольтметр V.

2.Определить цену деления контрольного вольтметра:

,

где U_пред — верхний предел измерения контрольного вольтметра;

n_общ — общее количество делений шкалы контрольного вольт­метра.

3. Движок потенциометра поставить в положение, при котором подавае­мое в цепь напряжение будет минимальным.

4. Подать напряжение питания на схему. Затем, перемещая дви­жок потенциометра, установить на исследуемом приборе количество деле­ний , равное 5,10,15,20,25, и определить соответствующее количе­ство деле­ний на контрольном вольтметре. Результаты измерений занести в табл. 1.

Таблица 1

N	Сk	nk	Uk	n	C		Cсл		Cпр	C	
	В/дел	Дел	В	дел	В/дел	В/дел	В/дел	В/дел	В/дел	В/дел	%
1				5
2				10
3				15
4				20
5				25

5. Определить напряжение U

k, которое показывает контрольный вольтметр для каждого значения n_k: U_k = С_k n_k.

Так как оба прибора подключены параллельно, то напряжение на контрольном приборе и исследуемом одинаково. Поэтому цена деления исследуемого прибора по напря­жению С определяется для каждого n как , а затем находится среднее арифметическое <C>.

6. Рассчитать величину доверительного интервала по формуле:

,

где — случайная погрешность, — приборная погрешность.

Случайная погрешность <C

сл> находится как среднее арифметическое аб­солютных погрешностей C_сл отдельных измерений. Здесь приведен упро­щенный метод учета случайных погрешностей. Более точный метод приведен в приложении II.

Приборная погрешность определяется, исходя из класса точности прибора (см. стр.7).

7. Вычислить относительную погрешность ИП: .

8. Окончательный результат измерения цены деления прибора по напряжению записать в виде: .

9. Определить верхний предел исследуемого прибора по напряже­нию: , где — общее число делений шкалы иссле­дуемого прибора.

Задание 2. Определение цены деления исследуемого прибора по току.

Порядок выполнения задания

1. Собрать цепь по схеме на рис. 7. Реостат R, исследуемый при­бор ИП и контрольный миллиам­перметр соединяют последовательно.

2. Определить цену деления контрольного миллиамперметра:

,

где — верхний предел из­мерения контрольного миллиампер­метра;

— общее количество делений шкалы контрольного мил­лиампер­метра.

3. Движок реостата установить на максимум сопротивления, т.е. на минимум тока в цепи.

4. Подать напряжение на схему. Перемещая дви­жок реостата, установить на исследуемом приборе последовательно количество де­лений , равное 5,10,15,20,25, записать соответствующее количе­ство деле­нийна контрольном миллиамперметре в табл. 2.

5. Ток , который показывает контрольный миллиамперметр, опре­делить для каждого значения как.

Так как оба прибора подключены последовательно, то через них идет одинаковый ток. Поэтому цену деления исследуемого прибора по току С можно определить для каждого как , а затем найти — среднее арифметическое.

Таблица 2

N	Сk	nk	Ik	n	C		Cсл		Cпр	C	
		дел	мА	дел							%
1				5
2				10
3				15
4				20
5				25

6. Вычислить погрешность измерений и записать окончательный результат (см. Задание 1, п.6-8).

7.Определить верхний предел исследуемого прибора по току:

,

где — общее число делений шкалы исследуемого прибора.

Задание 3. Определение сопротивления исследуемого прибора.

Сопротивление исследуемого прибора определить, используя закон Ома, по формуле:

.

Характеристики средств измерений

Характеристики средств измерений

Назад

Содержание

Вперед

 

2.4. Характеристики средств измерений

 

Кроме погрешности важной характеристикой средств измерений является их чувствительность. Чувствительность прибора к измеряемой величине – это отношение изменения сигнала на выходе измерительного прибора к вызывающему его изменению измеряемой величины. Величина, обратная чувствительности, называется постоянной прибора или ценой деления.

От чувствительности необходимо отличать понятие порога чувствительности измерительного прибора, под которым понимают наименьшее изменение значения измеряемой величины, вызывающее заметное изменение показаний прибора.

Потребляемая мощность – это мощность, потребляемая электроизмерительным прибором при включении его в измерительную цепь. В большинстве случаев эта мощность мала с точки зрения экономии электроэнер­гии. Но при измерении в маломощных цепях потребление приборами мощности может изменить режим работы цепи, что приводит к погрешностям измерений (см. п. 2.8). Поэтому малое потребление мощности от цепи, в которой осуществляется измерение, является достоинством прибора. Мощность, по­требляемая приборами, в зависимости от принципа дейст­вия, назначения прибора и предела измерения, имеет самые различные значения и для большинства приборов лежит в пределах 10^-12 –  15 Вт.

Быстродействие – число измерений, выполняемых в единицу времени.

Время установления показаний (время успокоения) – это промежуток времени, который проходит с момента изменения измеряемой величины до момента, когда ука­затель займет положение, соответствующее новому значе­нию измеряемой величины. Обычно этот интервал рассматривают до момента, когда отклонение указателя от установившегося зна­чения не превышает 1% длины шкалы. Время установле­ния показаний для большинства типов приборов не должно превышать 4 с.

Диапазон измерения – область значений между верхним и нижним пределами измерений. Диапазон измерений может состоять из нескольких частей (поддиапазонов), для каждой из которых могут быть разные классы точности.

Перегрузочная способность – это возможность прибора сохранять работоспособность при кратковременном повышении токов или напряжений сверх установленных величин.

Кроме названных характеристик электроизмерительные приборы могут быть классифицированы по ряду признаков: назначение, условия эксплуатации, защищенность от внешних магнитных или электрических полей, устойчивость к механическим воздействиям, класс точности, принцип действия и др.  

Назад

Содержание

Вперед

Чувствительность амперметра

Заявление о конфиденциальности — Информация об авторских правах. — Свяжитесь с нами

Амперметры Введение в защиту цепей, Контроль и измерение Диапазон Выбор
ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ АМПЕРМЕТРА Чувствительность амперметра — это сила тока, необходимая для отклонения на полную шкалу. (максимальное показание) амперметра. Чем меньше сила тока, тем больше «чувствительный» амперметр. Например, амперметр с максимальным показанием тока 1 миллиампер будет иметь чувствительность 1 миллиампер и будет более чувствительным, чем амперметр с максимальным показанием 1 ампер и чувствительностью 1 ампер. Чувствительность может быть дано для движения измерителя, но термин «чувствительность амперметра» обычно относится на весь амперметр, а не только на его движение. Амперметр состоит из более только движение метра. ДИАПАЗОН АМПЕРМЕТРА Если у вас есть измерительный механизм с чувствительностью 1 миллиампер, вы можете подключить его в последовательно со схемой и измерять токи до 1 миллиампера. А что вы делаете для измерения токов свыше 1 мА? Чтобы ответить на этот вопрос, посмотрите на рисунок 1-21. На рис. 1-21(A) напряжение 10 вольт подается на два параллельных резистора. р 1 есть резистор 10 Ом, а R 2 — резистор 1,11 Ом. Так как напряжение параллельно ответвления равны- Рис. 1-21. — Ток в параллельной цепи. На рис. 1-21(B) напряжение увеличено до 100 вольт. Сейчас, На рис. 1-21(C) напряжение снижено со 100 вольт до 50 вольт. В этом случае Обратите внимание, что соотношение (соотношение) I R1 и I R2 остается прежним. такой же. I R2 в девять раз больше, чем I R1 и I R1 имеет одна десятая от общего тока. Если R 1 заменить на измерительный механизм с сопротивлением 10 Ом и чувствительность 10 ампер, показания счетчика будут представлять одну десятую часть ток в цепи и R 2 будет нести девять десятых тока. Р 2 является ШУНТНЫМ резистором, потому что он отводит или шунтирует часть тока от счетчика движение (R 1 ). С помощью этого метода 10-амперметровый механизм будет измерять ток до 100 ампер. Добавив вторую шкалу на лицевую сторону измерителя, можно измерить ток. читать напрямую. Путем добавления нескольких шунтирующих резисторов в корпус счетчика с переключателем для выбора нужного резистора, амперметр сможет измерять несколько различных максимальных текущие показания или диапазоны. Большинство используемых сегодня измерительных механизмов имеют чувствительность от 5 мкА до 1 мкА. миллиампер. На рис. 1-22 показана схема счетчика, переключенного на более высокие диапазоны, шунт амперметр, использующий измерительное движение с чувствительностью 100 микроампер и шунтирующий резисторы. Этот амперметр имеет пять диапазонов (100 микроампер; 1, 10 и 100 миллиампер; 1 ампер). выбирается переключателем. Рис. 1-22. — Амперметр с внутренними шунтирующими резисторами. Путем добавления нескольких шунтирующих резисторов в корпус счетчика с переключателем для выбора нужного резистора, амперметр сможет измерять несколько различных максимальных текущие показания или диапазоны. Большинство используемых сегодня измерительных механизмов имеют чувствительность от 5 мкА до 1 мкА. миллиампер. На рис. 1-22 показана схема счетчика, переключенного на более высокие диапазоны, шунт амперметр, использующий измерительное движение с чувствительностью 100 микроампер и шунтирующий резисторы. Этот амперметр имеет пять диапазонов (100 микроампер; 1, 10 и 100 миллиампер; 1 ампер). выбирается переключателем. Если переключатель находится в положении 100 мкА, весь измеряемый ток пойдет через движение метра. Ни один ток не пройдет ни через один из шунтов. резисторы. Если амперметр переключить в положение 1 миллиампер, ток измеряемые будут иметь параллельные пути движения измерителя и всех шунтирующих резисторов (R 1 , R 2 , R 3 и R 4 ). Теперь только часть тока будет проходить через движение счетчика, а остальная часть ток пойдет через шунтирующие резисторы. При переключении счетчика на 10-мА положение (как показано на рис. 1-22), только резисторы R 1 , R 2 , и R 3 шунтировать счетчик. Так как сопротивление шунтирующего сопротивления меньше чем с R 4 в цепи (как было в положении 1-миллиампер), больший ток будет проходить через шунтирующие резисторы и меньший ток будет проходить через движение метра. По мере уменьшения сопротивления и увеличения тока через шунт резисторы. Пока измеряемый ток не выходит за пределы выбранного диапазона, движение метра никогда не будет иметь более 100 микроампер тока через него. Шунтирующие резисторы изготавливаются с жесткими допусками. Это означает, что если шунтирующий резистор выбран с сопротивлением 0,01 Ом (так как R 1 на рис. 1-22), фактический сопротивление этого шунтирующего резистора не будет отличаться от этого значения более чем на 1 процент. Поскольку шунтирующий резистор используется для защиты движения счетчика и обеспечения точной измерения важно, чтобы сопротивление шунтирующего резистора было известно очень точно. На рис. 1-22 показан амперметр с внутренними шунтами. Шунтирующие резисторы находятся внутри корпус счетчика и выбран переключателем. Для ограниченных диапазонов тока (ниже 50 ампер) чаще всего используются внутренние шунты. Для более высоких диапазонов тока (выше 50 ампер) амперметры, использующие внешние шунты, использовал. Внешний шунтирующий резистор служит той же цели, что и внутренний шунтирующий резистор. Внешний шунт подключается последовательно с измеряемой цепью и параллельно с амперметром. Это шунтирует (обходит) амперметр, поэтому проходит только часть тока. через метр. Каждый внешний шунт будет помечен максимальным значением тока, которое будет измерять амперметр. измерить, когда используется этот шунт. На рис. 1-23 показан амперметр, предназначенный для использования внешние шунты и механизм д’Арсонваля. Рисунок 1-23(A) показывает внутреннюю конструкция счетчика и способ подключения внешнего шунта к метра и к измеряемой цепи. На рис. 1-23(C) показаны некоторые типичные внешние шунты. Рис. 1-23. — Амперметр, использующий принцип Дарсонваля и внешние шунты. Шунтирующий резистор — это не что иное, как резистор, включенный параллельно ходу счетчика. Для измерения больших токов используются шунты с очень малым сопротивлением. ток пойдет через шунт. Так как полное сопротивление параллельной цепи (т. движения счетчика и шунтирующего резистора) всегда меньше сопротивления наименьшего резистор, поскольку диапазон амперметра увеличивается, его сопротивление уменьшается. Это важно потому что сопротивление нагрузки сильноточных цепей меньше сопротивления нагрузки слаботочных цепей. Для получения точных измерений необходимо, чтобы амперметр сопротивление должно быть намного меньше сопротивления нагрузки, так как амперметр включен последовательно с нагрузкой. Q.20 Какое электрическое свойство измеряет амперметр? Q. 21 Как амперметр подключается к тестируемой цепи? Q.22 Как амперметр влияет на измеряемую цепь? Q.23 Как влияние амперметра на измеряемую цепь сведено к минимуму? Q.24 Что такое чувствительность амперметра? Q.25 Что используется, чтобы позволить амперметру измерять различные диапазоны?

Чувствительность амперметра с формулой

Амперметр считается чувствительным, если для получения большого отклонения требуется минимальный ток. Это обобщенное определение чувствительности амперметра.

Чувствительность амперметра может быть выражена тремя способами:

(a) Чувствительность по току:

Определяется как отношение отклонения амперметра к току, вызывающему отклонение. Ток выражается в микроамперах, а прогиб в миллиметрах. Если шкала не отмечена в миллиметрах, отклонение можно измерить в делениях шкалы. Текущая чувствительность формулы амперметра:

S ₁ = (d/I) (мм/мкА) /(деления шкалы / микроампер)

Где d = отклонение амперметра в делениях шкалы.

I = ток через амперметр в микроамперах.

(b) Чувствительность к напряжению: 

Определяется как отношение отклонения амперметра к напряжению, вызывающему это отклонение. Отсюда

S _v = (d/V) (мм/мВ) /(деления шкалы / микроампер)

Где d = отклонение амперметра в делениях шкалы

V = напряжение, подаваемое на амперметр в милли В.

(c) Мегаом Чувствительность:

Определяется как количество МОм, необходимое последовательно с амперметром для получения отклонения на одно деление шкалы при подаче на цепь напряжения 1 В. Приложенный ток практически равен 1/R микроампер и вызывает отклонение на одно деление. Численно токовая чувствительность и мегаомная чувствительность равны. Следовательно,

S _R =d /I = S _r (мм/мкА) / (деления шкалы / микроампер)

Где d = отклонение амперметра в делениях шкалы.

I = ток амперметра в микроамперах.

(d) Факторы, которые следует учитывать при повышении чувствительности амперметра:

1. Масса движущихся частей должна быть минимальной.

2. Потери на трение должны быть сведены к минимуму.

3. Чувствительность амперметра можно увеличить, увеличив доступную плотность потока. Это можно сделать, увеличив число витков катушки.

Если площадь обмотки фиксированная, увеличение количества витков можно выполнить с помощью более тонкого провода. Однако это увеличивает сопротивление обмотки.

Следует отметить, что увеличение сопротивления катушки ограничивает чувствительность амперметра.

4. Чувствительность может быть увеличена за счет небольшой управляющей константы.

5. Чувствительность также можно повысить, уменьшив поток рассеяния, создаваемый катушкой.

Имеющиеся в продаже амперметры с подвижной катушкой:

В следующей таблице показаны стандартные диапазоны имеющихся в продаже амперметров с подвижной катушкой.