Измерительные трансформаторы тока.

Преобразуют переменный ток от 0,8 А до 40000 А в ток с предельными значениями 1; 2; 2,5; 5 А.

Поэтому в трансформаторах тока первичный ток I₁ обычно больше вторичного I₂.

Z_нагр

U

A

B

E

F

I₁

W₁

W₂

L

N

C

D

I₂

U₂

Первичная обмотка трансформатора тока содержит малое число витков, и её выводы АВ включают в разрыв проводника с измеряемым током.

Число витков вторичной обмотки больше, чем первичной. К её выводам CD последовательно подключают амперметры, ваттметры и др. приборы.

По показаниям приборов, включённых во вторичные обмотки, можно определить значения измеряемых величин. Для этого их показания нужно умножить на действительные коэффициенты трансформации k_I = I₁/I₂, k_U = U₁/U₂.

Активные масштабные преобразователи.Позволяют не только изменить размер величины, но и увеличить мощность выходного сигнала

К ним относятся измерительные усилители, повышающие уровни и работающие за счёт дополнительного источника энергии

Измерительные усилители используются для усиления сигналов постоянного и переменного токов.

Связь между входным и выходным сигналами в усилителе непрерывная и однозначная.

Классификация усилителей возможна по ряду признаков:

- по полосе пропускания частот,

- по роду усиливаемого электрического сигнала,

- по типу применяемых усилительных элементов,

- по числу каскадов усиления и т.д.

Усилители постоянного тока (упт).

Это усилители, способные усиливать медленно меняющиеся во времени сигналы.

Низшая рабочая частота таких усилителей f_низ = 0, высшая f_выс определяется назначением усилителя.

Усилители постоянного тока применяются для усиления как медленно меняющихся сигналов, так и слабых сигналов переменного тока (например, для усиления сигналов с датчиков (термопар, фотодатчиков, тензодатчиков и др.), в осциллографах и т.д.).

Для соединения каскадов используется непосредственная связь. Отсутствие в межкаскадных связях реактивных элементов позволяет передавать постоянную и переменную составляющие сигнала.

Из-за этого УПТ свойственно такое явление, как дрейф нуля.

Под дрейфом нуля понимают самопроизвольное изменение выходного напряжения при постоянном или нулевом сигнале на входе.

Дрейф нуля обычно оценивают изменением за единицу времени входного напряжения U_вх.др., которое вызывает эквивалентное изменение выходного напряжения:

U_вх.др. = U_вых.др./K_U,

где K_U - коэффициент усиления по напряжению.

Причины дрейфа нуля: изменение питающих напряжений, температуры, постепенное изменение параметров активных и пассивных элементов схем.

Усилители с преобразованием напряжения (МДМ) используют, когда допустимый дрейф нуля составляет единицы микровольт:

Схема

В модуляторе М медленно меняющееся входное напряжение преобразуется в амплитудно модулированное переменное, которое усиливается усилителем У переменного напряжения. Усиленное переменное напряжение поступает на демодулятор ДМ.

Дрейф нуля такого усилителя значительно меньше, чем у обычных УПТ.

В настоящее время промышленностью широко выпускаются операционные усилители (ОУ) в интегральном исполнении.

Операционными усилителями называют усилители постоянного тока с дифференциальным входом и однотактным выходом, отличающиеся высоким коэффициентом усиления, большим входным и малым выходным сопротивлениями.

Условное обозначение ОУ:

Рис.

В зависимости от полярности сигналов на выходе один из входов называется инвертирующим, другой - неинвертирующим.

Аналоговые электромеханические электроизмерительные приборы

Электромеханические измерительные приборы (ЭИП) отличаются

- простотой,

- дешевизной,

- высокой надежностью,

- разнообразием применения,

- относительно высокой точностью.

Любой ЭИП состоит из ряда функциональных преобразователей, каждый из которых решает свою элементарную задачу в цепи преобразований.

Например, самый простой прибор прямого преобразования (вольтметр, амперметр) состоит из трех основных преобразователей:

- измерительной цепи (ИЦ),

- измерительного механизма (ИМ) и

- отсчетного устройства (ОУ).

схема

Рис. Структурная схема электромеханического измерительного прибора

Измерительная цепь обеспечивает преобразование электрической измеряемой величины X в промежуточную электрическую величину Y (ток или напряжение), функционально связанную с измеряемой величиной и непосредственно воздействующую на измерительный механизм.

Измерительный механизм является электромеханическим преобразователем, осуществляющим преобразование электрической величины Y в наглядное аналоговое показание α.

На магнитном воздействии электрического тока основаны:

- магнитоэлектрический,

- электромагнитный,

- индукционный,

- электродинамический и

- вибрационный измерительные механизмы.

Отсчётное устройство состоит из указателя, жестко связанного с подвижной частью ИМ, и неподвижной шкалы.

Указатели бывают стрелочные (механические) и световые.

Шкала - совокупность отметок в виде штрихов, расположенных вдоль линии, по которым определяют числовое значение измеряемой величины.

Шкалы градуируют

- в единицах измеряемой величины (именованная шкала),

- либо в делениях (неименованная шкала).

Магнитоэлектрические приборы

Магнитоэлектрические приборы (МЭП) состоят из

- измерительной цепи,

- магнитоэлектрического измерительного механизма и

- отсчётного устройства (см. рис.).

Конструктивно измерительный механизм может быть выполнен либо с подвижным магнитом, либо с подвижной катушкой (измерительные механизмы с внешним и внутрирамочным магнитом).

Преимущества измерительных механизмов с внутрирамочным магнитом - лучшее использование магнитной энергии магнита, что позволяет создавать миниатюрные приборы.

На рисунке показана конструкция прибора с подвижной катушкой.

Рис. Схема устройства магнитоэлектрического прибора:

1 - постоянный магнит; 2 - полюсные наконечники; 3 - неподвижный сердечник; 4, 10 - полуоси; 5, 6 - спиральные пружины; 7 - передвижные грузики; 8 - стрелка; 9 - подвижная прямоугольная катушка

Катушка (рамка) может поворачиваться в зазоре на полуосях 4 и 10.

Спиральные пружины 5 и 6 создают противодействующий момент и используются для подачи измеряемого тока от выходных зажимов прибора в рамку (механические и электрические соединения на рисунке не показаны).

Рамка жёстко соединена со стрелкой 8. Для балансировки подвижной части имеются передвижные грузики 7.

Достоинства магнитоэлектрических приборов:

- высокий класс точности (из-за высокой стабильности элементов измерительного механизма) - 0,05 и ниже,

- равномерная шкала,

- высокая и стабильная чувствительность,

- незначительное влияние на режим измерительной цепи (так как мощность потребления измерительного механизма мала - не более нескольких десятых долей ватта),

- большой диапазон измерений,

- на показания МЭП не влияют внешние магнитные и электрические поля.

- хорошее успокоение.