- •Измерения электрических и магнитных величин Курс лекций
- •Введение. Основные термины и определения.
- •1. Общие сведения об электрических измерениях Определения и классификация средств измерений
- •1.2 Характеристики средств измерений
- •Структурные схемы средств измерений
- •Эталоны, образцовые и рабочие меры
- •Меры электрических величин
- •Меры эдс на основе нормальных элементов
- •Меры напряжения на основе кремниевых стабилитронов
- •Калибраторы напряжения и силы тока
- •Меры сопротивления, емкости, индуктивности
- •Классификация измерений
- •2. Погрешности измерений и обработка результатов измерений Основные понятия
- •Вероятностные оценки ряда наблюдений
- •Вероятностные оценки погрешности результата измерений на основании ряда наблюдений
- •Суммирование погрешностей
- •Динамическая погрешность
- •3. Измерения электрических величин аналоговыми приборами
- •3.1. Общие сведения
- •3.2. Принцип действия, основы теории и применения измерительных механизмов
- •3.3. Масштабные измерительные преобразователи
- •3.4. Измерение постоянных токов, напряжений и количества электричества
- •3.5. Измерение переменных токов и напряжений электромеханическими приборами без преобразователей рода тока
- •3.6. Измерение переменных токов и напряжений магнитоэлектрическими приборами с преобразователями рода тока
- •3.7. Измерение мощности, энергии, угла сдвига фаз и частоты
- •3.8. Измерение параметров электрических цепей
- •3.9. Анализ кривых переменного тока
- •3.10. Переходные процессы в электромеханических приборах
- •Масштабные измерительные преобразователи
- •Токовые шунты
- •Добавочные сопротивления
- •Делители напряжения
- •Измерительные усилители
- •Измерительные трансформаторы переменного тока и напряжения
- •Электромеханические измерительные преобразователи и приборы Принцип действия
- •Общие узлы и детали
- •Магнитоэлектрические измерительные преобразователи и приборы
- •Применение магнитоэлектрических приборов для измерений в цепях переменного тока
- •Электромагнитные измерительные преобразователи и приборы
- •Электростатические измерительные преобразователи и приборы
- •Электродинамические и ферродинамические измерительные преобразователи и приборы
- •Индукционные приборы
Масштабные измерительные преобразователи
Масштабным называется измерительный преобразователь, входная и выходная величины которого однородны и который изменяет значение электрической величины в заданное число раз.
К масштабным измерительным преобразователям относятся шунты, добавочные сопротивления, делители напряжения, измерительные усилители, измерительные трансформаторы тока и напряжения. Применение этих преобразователей позволяет изготавливать приборы для разных пределов измерений, расширять пределы измерений уже существующих приборов.
Токовые шунты
Токовые шунты применяются для расширения пределов измерений амперметров путем уменьшения в определенное число раз силы электрического тока, проходящего через амперметр. Это бывает необходимо, когда значение измеряемоо тока превосходит диапазон измерений измерительного прибора (амперметра).
Шунт представляет собой резистор, включаемый параллельно входу измерительного прибора (рис. 7.1). В этом случае измеряемый ток I1 распределится между шунтом и измерительным прибором обратно пропорционально значениям их сопротивлений: Iш/ I2 = RИП/Rш, где Rш – значение сопротивления шунта, RИП – значение входного сопротивления измерительного прибора (ИП), но так как I1 = Iш + I2, то
где n = I1/I2 – коэффициент шунтирования, на который нужно умножить показание прибора, чтобы получить значение измеряемого тока I1.
Рисунок 7.1 – Схема включения шунта для расширения пределов измерения амперметра
Шунты могут быть многопредельными. В амперметрах, предназначенных для измерения небольших значений токов (до 30 А), шунты помещают, как правило, в корпус прибора; в приборах для измерения больших значений применяют наружные шунты как самостоятельные средства измерений, которые имеют две пары зажимов: токовые и потенциальные. Токовые зажимы служат для включения шунта в измерительную цепь, к потенциальным зажимам, сопротивление между которыми равно Rш, подключают измерительный прибор. Классы точности выпускаемых шунтов лежат в пределах от 0,02 до 0,5. Они позволяют расширить пределы измерения токов до 15 000 А и более.
Токовые шунты, выпускаемые как отдельное средство измерений, имеют нормированное номинальное значение падения напряжения между потенциальными зажимами, соответствующее номинальному значению тока. В эксплуатации имеются шунты постоянного тока с номинальными значениями напряжения 60, 75, 150 мВ. По этой причине к токовому шунту можно непосредственно подключать не амперметр, а милливольтметр.
Шунты применяют в основном в цепях постоянного тока. В цепях переменного тока возникает дополнительная составляющая погрешности, обусловленная реактивной составляющей сопротивления шунта, и с увеличением частоты значения сопротивления шунта и амперметра изменяются неодинаково.
Для измерения импульсных токов до 100 к А изготавливаются так называемые безреактивные шунты.
Добавочные сопротивления
Вольтметры, изготовленные на основе измерителей тока (например, магнитоэлектрической или электромагнитной системы), имеют встроенное добавочное сопротивление, включенное последовательно с измерительным механизмом. Обозначив через Imax ток, вызывающий отклонение стрелки механизма на полную шкалу, увидим, что Imax = Umax/(RИП + Rд), где Rд – значение добавочного сопротивления. Отсюда находим верхний предел измерений полученного вольтметра: Umax = Imax(RИП + Rд). Из формулы видно', что механизм, стрелка которого отклоняется на полную шкалу при значении тока Imax, можно использовать как вольтметр с верхним пределом измерений Umax. Таким образом, подобрав соответствующее добавочное сопротивление, можно получить необходимый пределг измерений напряжения.
Переносные вольтметры, как правило, делают многопредельными. Это означает, что в их конструкции предусмотрены добавочные сопротивления для каждого предела измерений. Добавочные сопротивления встраивают в корпус вольтметра с верхним пределом измерений до 300-1000 В. Для измерений более высоких напряжений (до 100 кВ и выше) добавочные сопротивления изготавли-. ваются в виде отдельного средства измерений.
Добавочное сопротивление для вольтметров переменного тока должно иметь: как можно меньшее значение реактивной составляющей, чтобы его полное сопротивление меньше зависело от частоты. Это достигается путем бифилярной намотки сопротивлений или намотки на плоских пластинках.
Для намотки сопротивлений используют сплавы с высоким удельным сопротивлением и малым значением температурного коэффициента: манганин, нихром, константан и т. д. Для приборов невысокой точности применяют также серийные радиотехнические неметаллические сопротивления.
Классы точности добавочных сопротивлений, изготовленных как отдельное средство измерений, лежат в пределах от 0,02 до 1,0. Номинальный ток, соответствующий номинальному напряжению, составляет 0,1-30 мА. Добавочные сопротивления, изготовленные как отдельное средство измерений, как правило, применяют на постоянном токе и включают последовательно с милли- или микро- амперметром.
Для добавочных сопротивлений и токовых шунтов класс точности обозначает предел допускаемой относительной погрешности, выраженной в процентах.