3. Вимірювальні перетворювачі

3.1. Основні поняття і розрахункові співвідношення

Всі вимірювання виконують за допомогою засобів вимірювання – технічних засобів, які мають нормовані метрологічні характеристики.

За функціональним призначенням засоби вимірювання поділяють на такі групи: міри, електровимірювальні прилади (ЕВП), вимірювальні установки (ВУ), інформаційно-вимірювальні системи (ІВС) та вимірювальні перетворювачі (ВП),

Мiри – засоби електричних вимiрiв , призначенi для вiдтворення фiзичноi величини заданого розмiру. Існують зразкові та робочi міри. Зразкові (еталоннi) мiри призначенi для відтворювання та збереження одиниць вимiру та передачi iх значень робочiм мiрам. Робочi мiри призначені для цілей вимірювання на пiдприемствi.

Електровимiрювальнi прилади – засоби електричних вимiрiв, призначені для вироблення сигналiв вимiрювальноi iнформацii у формi, зручнiй для безпосереднього сприйняття спостерігача.

Прилади, покази яких є неперервною функцiєю зміни величини, що вимірюється, звуться аналоговими. Прилади, покази яких є дискретною функцiєю вимірюваної величини та представлені у цифровiй формi, звуться цифровимi.

Вимірювальні установки – сукупність функційно об'єднаних засобів вимірів (мір, вимірювальних приладів та перетворювачів), а також допоміжних пристроів, призначених для вироблення вимірювальної інформаціі, зручної для безпосереднього сприйняття спостеригачем та розташованої в одному місці.

Інформаційно-вимірювальні системи – сукупність засобів вимірів та допоміжних пристроів, з'еднаних між собою загальними каналами зв'язку. Вони призначені для автоматичного одержання вимірювальної інформації від ряду джерел, а також для передачі, обробки та представлення її у тій чи іншій формі. Пристрої, які належать до ІВС, теріторіально можуть бути віддалені одне від одного. В основному ІВС являють собою мікропроцесорні системи.

Вимірювальні перетворювачі – засоби вимірювання, які призначені для вироблення сигналів вимірювальної інформації у формі, яка зручна для передавання, перетворювання, обробки та зберігання, але яку не може безпосередньо сприймати спостерігач.

Вимірювальні перетворювачі, призначені для зміни розміру вимірювальної величини в задану кількість разів, називають масштабними ВП. До них належать шунти, подільники напруги (додаткові опори), вимірювальні трансформатори струму і напруги.

Шунти і додаткові опори, які виготовляють з манганіну, мають номінальні характеристики струму та напруги I_нш , U_нш , I_нд , U_нд . Шунт вмикають паралельно до вимірювального механізму (амперметру) для розширення границь вимірювання струму останнього в К_ш разів, а додатковий опір –послідовно (до вольтметру) для розширення границь за напругою в К_Д разів.

Опір шунта розраховують за формулою

, (3.1)

де К_ш – коефіцієнт шунтування, R_вм – опір вимірювального механізму.

Опір додаткового резистора

, (3.2)

де К_Д – коефіцієнт межі вимірювання за напругою.

Вимірювальні трансформатори струму (ВТС) і напруги (ВТН) використовують як перетворювачі великих змінних струмів та напруг у відносно малі, які зручні для вимірювання приладами з невеликими стандартними границями вимірювання.

Вимірювальні трансформатори складаються з двох ізольованих обмоток: первинної з числом витків W і вторинної з числом витків W . Первинну обмотку ВТС вмикають послідовно з навантаженням, а ВТН - параллельно. Вторинні обмотки підключають до приладів.

Номінальні характеристики вимірювальних трансформаторів:

ВТС:

, (3.3)

де I_1H , I_2H – номінальні струми відповідно первинної та вторинної обмоток трансформаторів , К_ІН – номінальний коефіцієнт трансформації ВТС;

ВТН:

, (3.4)

де U_1H , U_2H - номінальні напруги відповідно первинної і вторинної обмоток; K_UH - номінальний коефіцієнт трансформації ВТН.

Дійсні характеристики:

ВТС:

, (3.5)

ВТН:

, (3.6)

де I₁ , I₂ , , U₁ , U₂ , - дійсні (реальні) характеристики вимірювальних трансформаторів, аналогічні номінальним.

У вторинні обмотки ВТС вмикають послідовно амперметри, струмові обмотки ватметрів, індукційних лічильників. Нормальний режим роботи ВТС наближається до режиму короткого замикання.

У вторинні обмотки ВТН вмикають паралельно вольтметри, обмотки напруг ватметрів, лічильників. Нормальний режим роботи ВТН наближається до режиму холостого ходу.

Загальний коефіцієнт трансформації ватметрів та лічильників, обмотки яких підключені через ВТН та ВТС визначається як добуток відповідних коефіцієнтів трансформації:

К_Р = ∙ (3.7)

Для розширення границь вимірювання електростатичних вольтметрів застосовують резистивні та ємнісні подільники. Значення ємності, ввімкненої послідовно з вольтметром для розширення його границь вимірювання:

, (3.8 )

де - ємність вольтметра.