Экзаменационный билет № 12.

1. Масштабные преобразователи, назначение, область применения. Шунты. Расчет шунтов. Добавочные сопротивления. Расчет добавочных сопротивлений.

Масштабным называют измерительный преобразователь, предназначенный для изменения величины в заданное число раз. К ним относят шунты, делители напряжения, измерительные усилители, измерительные трансформаторы тока и напряжения.

Шунты. Служат для расширения диапазона измерения тока магнитоэлектрических приборов и представляют собой четырехзажимный резистор с токовыми зажимами, предназначенными для включения в цепь измеряемого тока, и потенциальными зажимами (меньших размеров)— для подсоединения к милливольтметру (рис. 7.1, а). Шунты, по существу, являются преобразователями тока в напряжение. Они рассчитаны на совместное применение с магнитоэлектрическими приборами.

Шунты на сравнительно малые токи (до 1 А) изготовляются из манганина в виде спиралей или катушек, а шунты на большие токи — в виде пластин или стержней, запаянных в массивные латунные либо медные наконечники. Пайка преобразователя к выводам (наконечни кам) осуществляется обычно серебряным припоем (оловянным допускается лишь на сравнительно малые токи — до 1 А.) Шунты на силу тока до 30 А закрыты обычно пластмассовыми кожухами.

Шунты разделяются на внутренние (обычно на токи до нескольких ампер) и внешние (индивидуальные и взаимозаменяемые). Индивидуальные шунты пригодны лишь для того измерительного прибора, с которым они градуированы, а взаимозаменяемые шунты могут быть использованы с любым прибором, который имеет соответствующий предел измерения напряжения и номинальный потребляемый ток. Взаимозаменяемые шунты бывают стационарными и переносными, последние, в свою очередь,— одно- или многопредельными.

Характеристики взаимозаменяе­мых шунтов нормируются ГОСТ 8042—78 «Преобразователи измери­тельные электрических величин. Шун­ты измерительные. Технические усло­вия».

Серийно выпускаемые шунты име­ют классы точности 0,05; 0,1; 0,2; 0,5. Здесь класс точности указывает на предельно допустимое значение отклонения сопротивления шун­та, выраженное в процентах номинального значения

гдеI_ном.пр — номинальный ток измерительного прибора.

Наиболее распространены взаимозаменяемые шунты с номиналь­ным падением напряжения 45 и 75 мВ, токами от 0,01 до 7500 А.

Шунт должен длительно выдерживать перегрузку током, равным 120 % номинального.

Добавочные резисторы. Применяются для расширения пределов измерения напряжения вольтметров магнитоэлектрической, электро­динамической и электромагнитной систем, а также цепей напряжения электродинамических ваттметров.

Добавочный резистор подсоединяется последовательно с вольт­метром (цепью напряжения ваттметра, счетчика и т. п.). Для такой измерительной цепи (рис. 7.1, б)

где U_ном — номинальное падение напряжения на последовательной це­почке вольтметр (цепь напряжения ваттметра)—добавочный резистор; I_Vном. R_vhom — номинальные ток и сопротивление вольтметра; R_Д.H0M — номинальное сопротивление добавочного резистора.

Использование добавочного резистора в цепях высокого напряжения ограничено возрастанием собственного потребления, а также требова­ниями безопасной работы. Материалом добавочных резисторов служит обычно манганин. Намотка ведется на катушки и пластины из изоля­ционного материала. Добавочные резисторы, предназначенные для ра­боты на переменном токе, должны быть безреактивными.

Резисторы, как и шунты, бывают внутренние и внешние, индиви­дуальные и взаимозаменяемые, а по назначению — стационарные и переносные.

Взаимозаменяемый добавочный резистор может применяться с любым прибором, ток полного отклонения которого не больше указан­ного для данного резистора.

Класс точности добавочного резистора соответствует допустимому относительному отклонению значения его сопротивления от номиналь­ного.

Основные технические характеристики добавочных резисторов нор­мирует ГОСТ 8623—78 «Сопротивления добавочные для электроизме­рительных приборов. Технические условия». Наиболее распространены резисторы, предназначенные для использования на постоянном токе, рассчитанные на номинальные напряжения от 100 до 3000 В, то­ки 3,0; 5,0 и 7,5 мА, классов 0,05; 0,1; 0,2; 0,5.

Добавочные резисторы должны выдерживать перегрузку током или напряжением до 120 % номинального значения.

2. Цифровые приборы последовательного счета. ЦИП с непосредственным преобразованием в код напряжения постоянного тока.

В ольтметры (циклический). В этих приборах измеряемое на­пряжение U_x вначале преобразуется в число-импульсный код путем сравнения U_xc известным напряжением U_к, возрастающим во времени скачками, причем каждый скачок соответствует шагу квантования (рис. 8-25, а). Число-импульсный код равен числу ступеней U_к, при котором наступает равенство U_к= U _х. Структур­ная схема приведена на рис. 8-25, б, где ГЛСН — генератор линейно-ступенчатого напряжения. Напряжение U_K на выходе ГЛСН изменяется под действием поступающих на его вход им­пульсов.

При подаче пускового импульса триггер Тг опрокидывается и своим выходным сигналом открывает ключ К. Импульсы от генератора импульсов ГИ начинают проходить через ключ на вход генератора ГЛСН и ПУ. Напряжение U_K на выходе генератора ГЛСН начинает возрастать по линейно-ступенчато­му закону (рис. 8-25, а). При U_K=U_X (с погрешностью) срав­нивающее устройство СУ выдает стоп-импульс, возвращающий триггер в исходное состояние. Триггер закрывает ключ К и тем самым прекращает поступление импульсов на вход генератора ГЛСН и ПУ. Следовательно, на отсчетном устройстве будет зафиксировано

.

Составляющие погрешности прибора: 1) погрешность дис­кретности, зависящая от числа ступеней напряжения U_K в мо­мент равенства U_K= U_х 2) погрешность реализации, обусловлен­ная неодинаковостью и нестабильностью ступеней ΔU_к; 3) по­грешность, обусловленная порогом чувствительности сравнива­ющего устройства.

Недостаток этого типа вольтметров — малое быстродействие, а поэтому в настоящее время такие вольтметры применяются редко.

Вольтметры (следящие) (рис. 8-26, а). В этом приборе приме­няется сравнивающее устройство СУ, которое при U_K<U_X выда­ет импульс 1, открывающий ключ К₁, при U_K>U_X— выдает импульс 2, открывающий ключ К₂., при U_K=U_X— импульсов на выходе не выдает и оба ключа закрыты; РГЛСН — реверсивный генератор линейно-ступенчатого напряжения.

При включении U_х в момент t₁ (рис. 8-26, б) открывается ключ К₁ импульсы от генератора импульсов ГИ начинают поступать на « Bxl» генератора РГЛСН и на вход реверсивного пересчетного устройства РПУ; напряжение U_K начинает возрастать.

При U_K1 = U_х1 в момент t₂ ключ К₁ закрывается и на отсчетном устройстве ОУ фиксируется .

В момент t₃ входное напряжение становится равным U_Х2, что снова приводит к неравенству U_к<U_x, к возрастанию напряже­ния U_K до Uк₂= U_X2 в момент t₄ и к установлению на ОУ показа­ния N₂=U_K2/ΔU_K=U_x2/ΔU_K.

Если в момент t₅, напряжение U_х уменьшится, то OУ включит ключ К₂ и напряжение U_K начнет уменьшаться до U_кз= U_x3- В мо­мент t₆ показание ОУ станет N₃=UK3/ΔU_K=U_x3/ΔU_K.

Таким образом, прибор постоянно следит за изменениями входной величины, и в этом его достоинство. Недостаток — малое быстродействие при больших изменениях измеряемой величины.

Погрешность прибора имеет те же составляющие, что и по­грешность циклического вольтметра.