Микрометр
Содержание: Скрыть Открыть
Микрометр – это универсальный измерительный прибор для высокоточного (с погрешностью от 2 до 50 мкм) определения линейного размера детали. Измерение может быть произведено абсолютным или относительным контактным методом с погрешностью достаточной для точной сборки узлов и станочного производства.
Устройство и применение микрометров
Как универсальный измерительный инструмент применение микрометра возможно в любой области, где необходимо определение линейных размеров с точностью от 2 мкм. Это, в первую очередь, механическая обработка деталей, точная сборка узлов и механизмов, настройка работы промышленного оборудования и мн. другое.
Устройство микрометра достаточно простое, в конструкцию инструмента входит всего три основных элемента:
Замер с помощью микрометра выполняется посредством перемещения винта в неподвижной гайке. По углу оборота винта и определяется перемещение и рассчитывается линейный размер. Количество полных оборотов указано на стебле, доли – по круговой шкале на барабане. Инструмент также оснащен устройством кольцевой гайкой для фиксации.
Принцип действия микрометров
Для примера возьмём обычные механические гладкие микрометры, получившие наиболее широкое применение. Данный инструмент позволяет производить замер абсолютным и относительным способом. При абсолютном замере измеряемая деталь размещается между опорной стойкой и передвижным винтом. Полученный размер можно определить непосредственно по шкале. При относительном измерении определяется размер рядом распложенных предметов и затем вычисляется нужный параметр.
Сам замер производится в следующей последовательности:
Типы микрометров
Для различных объектов измерения выпускаются следующие типы микрометров:
Микрометры цифровые
Вместе с механическими, цифровые микрометры пользуются большой популярностью благодаря удобству и точности измерения, а также возможностям электронных приборов:
Государственные стандарты
Основной стандарт регулирующий технические условия производства инструмента – ГОСТ 6507-90
Что такое миллиомметр и для чего он нужен
Всем хороши универсальные измерительные приборы. И величин много измеряют. Если в старых стрелочных авометрах максимум можно было рассчитывать на напряжение, сопротивление и ток, то сейчас цифровые мультиметры замеряют и емкость и частоту и температуру, причем с приемлемой для радиолюбителей и профессионалов точностью.
Хотя на этом пункте остановимся более подробно.
Для радиотехнических конструкций, собранных самостоятельно или при ремонте готовых, в подавляющем большинстве случаев не важно, какой резистор будеть поставлен на замену – 10 КОм или 10,1 КОм. Если речь конечно не идет о высокоточных радиодеталях.
В связи с этим возникает 2 вопроса.
Поясним на примере. Пусть щупы имеют сопротивление 1Ом. И измеряемый радиокомопонент тоже 1 Ом, тогда омметр естественно покажет суммарные 2 Ома.
Первое что приходит на ум – увеличить сечение. Представим себе щупы, увеличенные по толщине допустим в 5 раз. Конечно никто с такими гигантами работать не будет. Тяжелые и не гибкие.
Самодельный миллиомметр можно собрать из следующих устройств:
Ну и конечно измеряемое сопротивление.
Кстати существуют схемы, собранные своими руками, как приставки, для измерения активных омических сопротивлений с дискретностью 0,001 Ом.
Ток от источника проходит через нагрузку, сопротивление которой нужно измерить. Напряжение падает на подводящих проводах – первом и втором и на самой нагрузке.
А теперь главное – подсоединяем к выводам нагрузки еще 2 провода вольтметра.
Получается 4-х проводная схема самодельного измерителя сверх малых сопротивлений.
Ток одинаков во всей цепи. И нам мешает только падение напряжения на паре соединительных проводов.
Но как только мы подключаем к выводам измеряемого резистора вольтметр, прибор автоматически как бы отсекает и первый и второй подводящий провод и измеряет чистое падение исключительно на нагрузке.
Вопрос правильный. Но значение тока, протекающего по основной цепи, в десятки, а может и сотни раз больше, чем по второй, измерительной паре проводов..
Поэтому микротоки от нагрузки до прибора, можно не учитывать.
И последний шаг, который нам нужно сделать. Это поделить напряжение на ток, измеренное приборами и получить точное значение сопротивления.
Конечно нет. Ну может быть только в домашних условиях для разовых замеров. Если допустим кто-то задался целью проверить, какое отклонение имеет постоянный прецизионный резистор, который предстоит впаять в печатную плату.
Но миллиомметры нужны преимущественно для других задач, зачастую связанных с жизнью людей и работоспособностью промышленного оборудования.
Вот лишь несколько примеров:
Большинство жителей сталкиваются с подключением заземления стиральных машин и бойлеров, а для радиоэлектронщиков важно, чтобы были защищены от статического электричества паяльная станция или лабораторный блок питания, имеющий специальный заземляющий вывод.
Причем указанные задачи могут в течения дня выполняться на разных объектах не только в пределах одного предприятия, но и вообще в километрах друг от друга.
Конечно нет. Еще и считать вручную приходится. Калькулятор с собой возить что ли.
Для «милли» чем меньше сопротивление заземления, тем лучше, а для «мега» – чем больше сопротивление изоляции кабеля, тем лучше.
Сам прибор, еще называемый тестер заземления, компактный, можно даже сказать стильный, оснащен измерительными щупами в комплекте и поставляется в защитном чехле. Имеет кнопку тестирования и переключатель диапазонов.
Как выбрать микроомметр, или О значимости измерительного тока при измерении электрического сопротивления контактов выключателей
При эксплуатации и ремонте электрооборудования возникает необходимость измерения переходного сопротивления контактов высоковольтных выключателей, разъединителей, отделителей, короткозамыкате-лей, КРУ, контактных соединений, сварных швов и др. Давайте подробнее остановимся на высоковольтных выключателях.
Для измерения электрического сопротивления постоянному току существует множество различных приборов (как отечественного, так и импортного производства), отличающихся принципом действия, метрологическими характеристиками, степенью автоматизации, массогабаритными показателями и ценой. Основное требование к измерителям переходного сопротивления (например, микроомметрам) — обеспечение довольно большого тока через измеряемое сопротивление.
Так какой же должен быть минимальный измерительный ток у микроомметра, чтобы прибор выдавал точные значения?!
Чтобы ответить на поставленный вопрос, прежде всего, необходимо разобраться с теорией электрического контакта и принципом измерения электрического сопротивления. Электрический контакт состоит из следующих областей: металлическое соединение между контактирующими поверхностями (называемыми контактными пятнами), полупроводниковая область образованная различными окислами и сульфидами материала контактов, масляные пленки (масляных выключателей), пустоты между контактами, образованными из-за микронеровностей контактирующих поверхностей полученные в результате плохой обработки контактов или из-за электрической эрозии (см. рисунок 1).
Как известно, электрическое сопротивление обратно пропорционально суммарной площади контактных пятен, т.е. чем больше суммарная площадь пятен, тем меньше сопротивление. На основании сравнения данных, полученных при измерении сопротивления токоведущей системы полюса и каждой пары рабочих контактов, с данными завода-изготовителя необходимо принять решение о разборе или не разборе выключателя с целью шлифовки его контактов для удаления микронеровностей. Для принятия соответствующего решения необходимо первым делом исключить из результатов измерений сопротивление различных пленок, которые у нормального контакта практически всегда присутствуют и ни на что не влияют при рабочем токе. Из-за наличия пленок может быть неверное решение о выводе высоковольтного выключателя в ремонт.
Электрическое напряжение, необходимое для пробоя нормальной масляной пленки между контактами, составляет 0,2–0,6 В. При подаче электрического напряжения, превышающего эти значения, возникает электрический пробой пленки, в результате чего в местах пробоя образуются контактные пятна, через которые начинает протекать измерительный ток. Если сила измерительного тока мала, то соответственно на этих контактных пятнах будет мало и падение напряжения. Если падение напряжения не превысит хотя бы 0,2 В, то новых контактных пятен не образуется, и прибор покажет завышенное сопротивление. Иными словами, если в результате измерения сопротивления на малом токе получено «сопротивление контактов выключателя в норме» то, скорее всего, так оно и есть. Если сопротивление завышенное — это еще не означает что контакты плохие.
Решим простую арифметическую задачу.
Предположим:
I) Измерительный ток — 10 А. Начальное сопротивление между контактирующими поверхностями — 20 мОм. В этом случае измерительный ток создаст падение равное 10 А х 0,02 Ом = 0,2 В и новых контактных пятен из-за пробоя пленок не образуется. Прибор покажет сопротивление 20 мОм. Вывод: прибор покажет завышенные данные измеренного сопротивления.
II) Зададим измерительный ток 50 А. Начальное сопротивление между контактирующими поверхностями — 20 мОм. При протекании тока 50 А через сопротивление 20 мОм на нем возникнет падение напряжения равное 50 А х 0,02 Ом = 1 В. Так как напряжение 1 В превышает напряжение пробоя пленок (0,2 В), то это приведет к образованию новых контактных пятен. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока падение напряжения на сопротивлении контактных пятен вновь не уменьшится до 0,2 В (перестанут образовываться новые контактные пятна). Таким образом, новое сопротивление будет равно 0,2 В / 50 А = 0,004 Ом, что в 5 раз меньше первоначального значения. Формальным признаком остановки измерений может служить получение сопротивления, соответствующего паспортному значению выключателя.
В общем случае процесс образования новых контактных пятен заканчивается без 5-кратного уменьшения сопротивления (обычно речь идет о десятках процентов). Данный пример приведен исключительно для иллюстрации механизма зависимости сопротивления контактов от силы тока и, в частности, от напряжения пробоя пленки. Но, кроме электрического пробоя, существуют и другие механизмы, связанные с протекающим током, приводящие к уменьшению контактов, такие как, например, разогрев контактных пятен протекающим током и их последующее смятие или оплавление.
Для новых выключателей, у которых контактирующие поверхности еще не были подтверждены эрозии, и процесс разложения масла еще не начался, измерение при малом и большом измерительном токе дают близкие результаты, и при выборе микроомметра можно не обращать на возможное максимальное значение выдаваемого измерительного тока. В то время как для давно эксплуатируемых выключателей результаты измерений при малом и большом токе могут отличаться на десятки процентов.
К сожалению, в России до сих пор нет утвержденных ГОСТов, которые бы регламентировали минимальную требуемую величину измерительного тока у микроомметров при измерении сопротивления на выключателе, поэтому решение о приобретении того или иного микроомметра зачастую принимается исходя из стоимости прибора и без учета его технических параметров.
Тем не менее, согласно зарубежным стандартам при измерении электрического сопротивления измерительный ток микроомметра должен быть не менее 50 А (по МЭК 56) или не менее 100 А (по ANSI C37.09). Верхний предел измерительного тока эти стандарты не нормируют. К сожалению, в России стандарты МЭК 56 и ANSI C37.09 официально не утверждены, поэтому на рынке появилось уже свыше десятка микроомметров с токами 10 А и ниже.
Рассмотрим два ниже представленных сравнительных практических испытаний на точность измеренного сопротивления контактов высоковольтных выключателей.
Испытание I
Для сравнительных испытаний по измерению переходного сопротивления были взяты четыре микроомметра на ток до 10 А, микроомметр на ток до 50 А и микроомметр на ток до 1000 А. В таблице ниже приведены их характеристики. Испытания проводились на высоковольтных выключателях следующих типов: У-220-10 (ток 1000 А, 1966 г. выпуска), МКП-110М (ток 600 А, 1971 г. выпуска), МКП-110Б (ток 1000 А, 1984 г. выпуска).
| Прибор | Тип прибора | Вес, кг | Ток, А | Цена (с НДС), руб. на 06.03.13 |
|---|---|---|---|---|
| ХХХ-1 | Микроомметр | 0,8 | 2 | 31 034,00 |
| ХХХ-2 | Микроомметр | 6,0 | 5 | 40 946,00 |
| ХХХ-3 | Микроомметр | 2,0 | 10 | 46 138,00 |
| ХХХ-4 | Микроомметр | 1,7 | 10 | 149 930,00 |
| ХХХ-5 | Микроомметр | 3,5 | 50 | 59 708,00 |
| ХХХ-6 | Микромилли-килоомметр | 2,7 | 1000 | 254 408,00 |
При испытаниях приборами (названия приборов изменены, остальные параметры остались неизменными) с малыми токами (ХХХ-1, ХХХ-2, ХХХ-3, ХХХ-4) результаты измерений переходного сопротивления превышали показания прибора XXX-5 на (15. 32)%, а показания прибора ХХХ-6 — на (28. 53)%.
Таким образом, еще раз подтвердилась обязательность большой величины (не менее 50А согласно МЭК56) тока микроомметра. Измерения же на токах равных или близких к рабочим токам выключателей дает наиболее достоверные значения переходного сопротивления.
Стоимость прибора ХХХ-4, на наш взгляд, завышена по сравнению микроомметрами, имеющими такой же измерительный ток. Из шести приборов только микроомметры ХХХ-5 и ХХХ-6 позволяют полностью решить проблемы измерения переходных сопротивлений высоковольтных выключателей.
Испытание II
Для сравнительных испытаний по измерению переходного сопротивления была проведена серия измерения на высоковольтных выключателях типа МКП-110 (см. таблицу 2).
| Измерение № | Полюс | А | В | С | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Измерительный ток, А | 10 | 600 | 10 | 600 | 10 | 600 | |
| 1 | МКП-110М | 2239 | 1196 | 1087 | 1090 | 4284 | 1322 |
| 2 | МКП-110-5П | 648 | 651 | 794 | 792 | 723 | 716 |
| 3 | МКП-110М | 571 | 568 | 633 | 631 | 642 | 630 |
| 4 | МКП-110М | 761 | 747 | 798 | 789 | 690 | 681 |
| 5 | МКП-110-5П | 1102 | 949 | 494 | 490 | 572 | 569 |
По результатам измерений можно отметить следующее. В основном результаты измерений на токе 10 А и 600 А отличаются не более чем на 1,5%, что, в частности, говорит об отсутствии различного рода отложений на контактных поверхностях с большим напряжением пробоя.
Но по данным трем измерений разность значений сопротивления отличается существенно, а именно более чем на 14% (для фазы А измерение №5), на 47% (для фазы А измерение №1) и на 69% (для фазы измерение №1). Если принимать показания только микроомметра с измерительным током 10 А, то во всех эти случаях (измерения №1 и №5) выключатель подлежит ремонту со всеми вытекающими финансовыми затратами. Хотя под рабочим током сопротивление контактов придет в норму, и данный выключатель может продолжать нормально функционировать.
Основываясь на данных, полученных теоретическим и опытным путем по результатам исследований I и II, мы можем сделать вывод, что минимальный допустимый ток микроомметра при измерении сопротивлений контактов высоковольтного выключателя должен быть не менее 50 А (что также соответствует зарубежному стандарту МЭК56). При наличии окисных пленок и неметаллических включениях контактов наиболее точные измерения будут при приближении тока микроомметра к рабочему току контактов, но не стоит забывать, что микроомметры с током до 10 А дают практически всегда завышенные показания сопротивлений.
Стоит еще раз отдельно отметить, что завышенные показания переходного сопротивления могут привести к выводу о несоответствии полученных данных с данными завода-изготовителя, что в свою очередь приведет к большим расходам на ненужный ремонт высоковольтного выключателя. Кроме того, полученная экономическая выгода от приобретения более дешевого микроомметра с малыми токами обернется дополнительными тратами на необоснованный ремонт выключателя и приобретение другого микроомметра с требуемым минимальным током.
Отдел маркетинга
ООО «СКБ электротехнического приборостроения»
www.skbpribor.ru
Статья опубликована в журнале «Электротехнический рынок», № 2 (50), 2013
Характеристики микроомметров
Микроомметры – приборы, предназначенные для измерения малых значений электрического сопротивления различного оборудования (выключателей, переключателей, болтовых и сварных соединений, мощных шинопроводов, двигателей, обмоток трансформаторов и др.).
Важнейшим параметром, характеризующим микроомметр, является его номинальный рабочий ток. Нередко имеет место ситуация, когда измеряемые объекты (контакты высоковольтных выключателей, разъединителей и др.) покрыты оксидной пленкой, в таком случае микроомметры с низким номинальным током не смогут разрушить эти загрязнения, и результаты будут искажены. Для подобных объектов измерения рекомендуется применять микроомметры с номинальным рабочим током в несколько десятков ампер. За рубежом даже установлены четкие границы номинального рабочего тока микроомметра, например, в стандарте МЭК 62271-100 указано, что для измерения сопротивления контактов высоковольтного выключателя необходим микроомметр с током не менее 50А.
Немногие микроомметры соответствуют этому требованию, но есть и исключения, например, микроомметр производства компании METREL MI 3252. Данный прибор обладает возможностью выдавать испытательные токи от 100 мА до 100 А.
Оценить универсальность микроомметра поможет другая важная характеристика: наличие различных режимов измерения. Дело в том, что измерении сопротивления объектов с высокой индуктивностью вначале необходимо обеспечить быстрое насыщение сердечника, а после завершения измерения требуется обезопасить прибор и оператора от ЭДС самоиндукции, для этого микроомметры снабжают специальными режимами работы. Например, в микроомметре MI 3250 реализовано 4 режима измерений (однократный со сменой полярности, непрерывный со сменой полярности, автоматический со сменой полярности), включая режим для измерения сопротивления объектов с большой индуктивностью (обмоток двигателей и генераторов, силовых трансформаторов, силовых индукторов и др.), которые обеспечивают комфортное применение данного микроомметра в любых условиях.
Здесь стоит отметить, что микроомметры MI 3250 и MI 3252 во всех режимах работы используют четырехпроводный метод Кельвина (метод амперметра-вольтметра), который позволяет исключить из результата сопротивление измерительных проводников и тем самым повысить точность измерений.
Естественно, как и для всех измерительных приборов, для микроомметров важными являются такие характеристики, как диапазон и погрешность измерения, разрешение. Согласно ПУЭ измеренное сопротивление многих объектов должно соответствовать параметрам указанным заводом-изготовителем. Реже устанавливаются конкретные допуски расхождения заводских и измеренных значений сопротивления. Например, для шунтирующих резисторов масляных выключателей сопротивление не должно отличаться более чем на 3% от заводских значений. Для силовых и измерительных трансформаторов, автотрансформаторов, масляных реакторов устанавливается допуск на различие сопротивления обмоток различных фаз 2%. Даже погрешность измерения в 0,5% позволяет успешно решать все указанные измерительные задачи. Однако существует ряд микроомметров, погрешность которых составляет 0,25%, среди них уже упомянутые выше MI 3250 и MI 3252. Также ПУЭ регламентирует для некоторых устройств не относительные, а абсолютные допуски, например сопротивления контактов воздушных выключателей типов ВВБ-110, ВВБМ-110Б должны быть не более 80 мкОм, сопротивления контактов КРУ рассчитанных на 2000 А и выше не должны превышать 33 мкОм. Микроомметры MI 3252 и MI 3250 обладающие диапазонами измерений от 10 мкОм до 20 Ом и 0,1 мкОм до 2кОм и разрешениями 1нОм и 0,1 мкОм соответственно с успехом могут провести измерения сопротивлений указанного порядка.
Естественно, что характеристики микроомметров не ограничиваются приведенными, но остальные параметры в большинстве своем отражают только степень комфорта пользователя при работе с микроомметром. Ответ на вопрос может ли быть использован тот или иной микроомметр для выполнения конкретной задачи можно дать только на основании вышеописанных параметров.
При проведении электротехнических работ нередко встречаются ситуации, когда необходимо измерение сопротивления, так как при изменении сопротивления меняется и сила тока. В этом случае проводятся действия по измерению величины падения напряжения на измеряемом сопротивлении при прохождении через него тока определенной величины. Этот процесс поможет решить возникшие проблемы:
— в местах соединений проводников из неоднородных материалов;
— в контактах переключателей;
— в обрывах обмоток изделий.
В процессе решения этих задач используют микроомметр Ф4104-М1 – средство измерения, предназначенное для определения величины сопротивления постоянного току. На вход усилителя с фильтром поступает падение напряжения с участка измеряемого сопротивления. Величина падения напряжения прямо пропорциональна величине измеряемого сопротивления, поскольку протекающий через измеряемое сопротивление ток – постоянный. При использовании прибора необходимо соблюдать следующие условия его эксплуатации:
— потребляемая мощность от сети не должна превышать 4 ВА;
— потребляемый от химических источников ток не превышает 120 мА;
— температурный режим от – 40 до ºC + 50 ºC;
— относительная влажность воздуха составляет до 95 % при температурном показателе 30 ºC.
Механизм микроомметра Ф4104-М1 включает в себя следующие элементы: стабилизатор тока, блок питания, усилитель с фильтром и генератор синхроимпульсов. Все детали помещены в пластмассовый корпус, имеющий крышку и ремень для переноски. При необходимости съемная крышка может быть размещена на боковой стороне корпуса. Блок питания устанавливается в специальном отделении, расположенном в нижней части корпуса. На лицевой части находятся отсчетное устройство, аппаратура управления и розетка для подключения прибора к сети. Используется напряжение значением 220 В. В комплект к прибору входят шнур, щуп, зажим и сумка для хранения измерителя. Микроомметр Ф4104-М1 обладает определенной точностью. Поэтому необходимо проводить периодическую поверку для установления соответствия прибора метрологическим требованиям.