Основные электроизмерительные приборы физической лаборатории

Электрические измерения занимают в лабораторном практикуме особое место. Они используются не только в тех случаях, когда сами изучаемые процессы имеют электрическую природу, но часто и при измерении неэлектрических величин оказывается удобным использовать те или иные приборы, в которых исследуемые явления вызывают процессы электрического характера.

Электроизмерительные приборы классифицируются по роду измеряемой величины, принципу действия, роду тока, точности, способу отсчета и другим признакам, определяющим их устройство, назначение, способ применения и свойства. Большая часть этих характеристик составляют так называемые паспортные данные, которые должны указываться на шкалах или на панелях приборов. Перечислим их основные характеристики, знание которых необходимо для правильного использования этих приборов.

Род измеряемой величины указывается чаще всего в виде обозначения единиц измерения, в которых проградуирован прибор. Обозначения даются по международному стандарту, например, A, V, W и т.д.

Физической природой измеряемой величины определяется название прибора.

Приборы для измерения силы тока называются амперметрами. В зависимости от чувствительности они могут называться также милли- или микроамперметрами. Особо чувствительные приборы, не имеющие стандартной градуировки, называются гальванометрами.

Приборы для измерения напряжения называются вольтметрами (милли- или микровольтметрами); электростатические вольтметры без стандартной градуировки, называются электрометрами.

Кроме того, существует еще большое количество приборов, действие которых основано, в конечном счете, на измерении токов и напряжений:

приборы для измерения мощности - ваттметры;

приборы для измерения сопротивления - омметры;

приборы для измерения частоты переменного тока - частотомеры.

Существуют также комбинированные и многопредельные приборы, назначение и пределы измерения которых изменяются в зависимости от способа включения (присоединение к тем или иным клеммам, использование переключателей). Так, часто совмещают в одном приборе амперметр и вольтметр, причем для каждого из них обычно имеются переключатели, изменяющие пределы измерений. Очень распространены в лабораторной практике переносные совмещенные ампервольтомметры (авометры или тестеры).

Род измеряемой величины всегда указывается на приборе, или на его шкале, или около его клемм (в случае совмещенных приборов), или на специальной маркировочной табличке.

Система прибора. В основу устройства прибора могут быть положены самые разнообразные действия электрического тока или напряжения. В соответствии с этим существует большое число электроизмерительных приборов. При работе с любым прибором необходимо знать, к какой системе он относится, так как от этого зависят способы его применения, техника устранения систематических ошибок, допустимые перегрузки и многое другое. Система прибора обозначается на шкале специальным значком, представляющим собой схематический чертеж основного узла прибора, определяющего его принцип действия. В приложении I приведена таблица обозначений наиболее распространенных систем электроизмерительных приборов. Знание этих обозначений обязательно.

Класс точности. Для электроизмерительных приборов класс точности указывается в виде числа, равного основной приведенной погрешности, т.е. максимальной абсолютной погрешности, выраженной в процентах от максимального значения измеряемой величины при работе в нормальных условиях. Это число наносится на шкале прибора. Для приборов с двухсторонней шкалой или со шкалой, начинающейся не от нуля, приведенная погрешность выражается в процентах от полного интервала изменения измеряемой величины. Все выпускаемые приборы классифицируются следующим образом:

0.05; 0.1; 0.2 - образцовые приборы, применяемые для проверки и градуировки рабочих приборов;

0.5; 1.0 - лабораторные приборы массового употребления;

1.5; 2.5; 4.0 - технические приборы.

Приборы более низкой точности служат для оценочных измерений и называются обычно указателями.

Род тока и диапазоны частот. Приборы постоянного тока отмечаются значком " " на шкале, приборы переменного тока отмечаются значком " " на шкале. Если прибор работает и на постоянном и на переменном токе, на шкале ставится значок " ". Большинство приборов переменного тока рассчитано на стандартную частоту 50 Гц. Если же прибор рассчитан на другую частоту, то она указывается на шкале. Основная погрешность прибора может удваиваться при отклонении частоты на 10% от номинальной. Для приборов постоянного и переменного тока ( ) указывается верхний предел частот.

Пределы измерений. В простейшем случае пределы измерений указываются градуировкой шкалы прибора. У приборов с неравномерной шкалой рабочий участок шкалы отмечается точками. У приборов с несколькими пределами измерений, многопредельных или многошкальных, верхний предел измеряемой величины указывается у соответствующей клеммы или на переключателе; шкала в этом случае градуируется без указания наименования измеряемой величины, и цену деления необходимо вычислять.

Чувствительность или цена деления указывается только для гальванометров и других приборов без стандартной градуировки.

Рабочее положение шкалы прибора обозначается следующим образом: " " - горизонтальное, " " вертикальное, " " - наклонное (указывается угол наклона к горизонту, например: ). Если приборы не снабжены уровнем, то они не должны менять своих показаний при отклонении от нормального рабочего положения до 5⁰. Испытательное напряжение изоляции в киловольтах указывается цифрой в звездочке (см. приложение). Рабочее напряжение изоляции прибора составляет приблизительно 1/3 от испытательного. Это напряжение может быть приложено между токоведущими частями и любой металлической деталью, касающейся корпуса (или металлической деталью самого корпуса).

Сопротивление прибора или другая величина, характеризующая искажения, вносимые прибором в работу изучаемой схемы. Для амперметров указывают падение напряжения, для вольтметров - ток при отклонении на всю шкалу. Для приборов переменного тока указывают также индуктивность катушек.

Категория защищённости от внешних полей. В настоящее время выпускаются приборы двух категорий защищённости: I и II . У приборов первой категории защищенности знак системы прибора окружен квадратом ("магнитный экран"). Для приборов электростатической системы указывается защищенность не от магнитного, а от электрического поля, и соответственно знак системы прибора окружен пунктирным квадратом (см. приложение).

Температуро- и влагоустойчивость обозначаются значками Б, В1, В2. Все приборы градуируются при температуре 20°С (если не указана другая рабочая температура). Приборы группы А (значок А не ставится) предназначены для работы при температурах +10 - +35°С и при относительной влажности до 80%, причем их основная погрешность удваивается на каждые 10^о изменения температуры. Приборы группы Б, В1, В2 могут работать в более жестких условиях, и влияние температуры на их показания несколько меньше.

Устойчивость к механическим воздействиям и степень герметичности корпуса корпуса: обыкновенный без обозначения, обыкновенный с повышенной прочностью (обозначается ОП), тряскопрочный ТП, вибропрочный ВП, ударопрочный УП, брызгозащищённый Бз, водозащищённый Вз, герметичный Гм, газозащищенный Гз, пылезащищённый Пз, взрывобезопасность Вб.

Марка завода-изготовителя, год выпуска и заводской номер.

Номер государственного стандарта, в соответствии с которым изготовлен прибор.

Кроме того, для характеристик прибора существенное значение имеют некоторые детали конструкции. Так, по способу монтажа приборы делятся на щитовые и переносные. Наиболее чувствительные приборы подвешиваются или устанавливаются на полках. Важное значение имеет способ отсчета, т.е. конструкция указателя и шкалы. Так, гальванометры делятся на зеркальные и стрелочные. Стрелочные приборы могут иметь либо обычную шкалу, либо зеркальную, позволяющую устранить влияние параллакса при отсчете. Часто встречаются приборы со световым указателем, когда осветитель и шкала смонтированы в самом приборе. Широкое применение в последние время получили приборы с цифровым отсчетом.