Погрешность вычисления мощности в соответствии с выражением (34) ор

- У 2 2*0,52Ч-(—1)2-12 = 1,4%.

Мерами емкости С служат измерительные конденсаторы и мага­ зины емкости, которые, подобно магазинам сопротивления, представ­ ляют собой наборы измерительных конденсаторов, конструктивно объединенных с переключающими устройствами рычажного или штепсельного типа. В качестве изолятора в измерительных конден­ саторах используется воздух при постоянной и переменной емкости и слюдяные диэлектрики. Выпускают воздушные конденсаторы по­ стоянной емкости 50,100,200, 300,400, 1000, 2000, 3000 и 4000 пФ: класса 0,06; частоты до 100 Гц и напряжения до 220 В.

Воздушные конденсаторы переменной емкости конструктивно вы­ полнены из двух систем алюминиевых пластин— подвижной и неподвижной, снабженной шкалой. Максимальная емкость выпуска­ емых конденсаторов 15, 60 и 150 пФ; класс точности 0,05, 0,2 и 0,5; частота тока до 100 Гц и напряжение до 220 В.

У слюдяных конденсаторов электродами являются алюминиевая или оловянная фольга, емкость этих конденсаторов — 10~6

1 мкФ; классы точности 0,05 ..0,2; частота 40

105 Гц.

Магазины емкости бывают штепсельными и рычажными. Измене­ ние емкости — ступенчатое и плавное. Магазины имеют класс точ­ ности не более 0,1 и состоят из нескольких (до шести) декад, емкость меньшей декады 0,1 пФ. Используются на частоте от 40 Гц до 30 кГи и напряжении 5 ... 100 В.

Пределы допустимой основной погрешности конденсаторов;

постоянной емкости Ь (х) =	±	К;
переменной емкости 6 (х) =	±	К С та х/СН0М;
магазинов 6 (х) = ± К (1 +	0,8 т А Сд/СНоМ).

Здесь Стах и Сном — соответственно максимальное и номинальное (установленное на магазине) значения емкости; Сд — дискретность магазина.

Глава 3

▲НАЛОГОВЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

ИПРИБОРЫ

3.1.ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Впрактике электрических измерений возникает необходимость измерять ряд физических величин в очень широком диапазоне. Для расширения диапазона измерений приборов применяют измеритель­

ные преобразователи; шунты, добавочные резисторы, делители на­ пряжения, измерительные трансформаторы и др.

Шунты служат для расширения диапазона измерений силы тока магнитоэлектрических приборов. Они разделяются на внутренние {сила тока до нескольких ампер) и внешние (до 7500 А) — индивиду­ альные и взаимозаменяемые. Индивидуальные шунты пригодны лишь для прибора, с которым они градуированы, а взаимозаменяемые — для приборов, которые имеют соответствующий предел измерения на­ пряжения и номинальной силы потребляемого тока.

Шунты на силу тока до 1 А изготовляют из манганина в виде спи­ ралей или катушек, а на большую силу тока — в виде пластин или стержней, запаянных в массивные латунные или медные наконеч­ ники.

Шунты снабжаются двумя парами выводов: тока / для включе­ ния в цепь и напряжения U для присоединения измерительного при­ бора (рис. 19, а). Использование для подключения прибора выводов напряжения позволяет устранить погрешность от контактных сопро­ тивлений.

Ток (/„) нагрузки (/?„) в измерительной цепи разветвляется на ток шунта (/ш) и ток прибора (милливольтметра) (/,,) (рис. 19, а):

Ь,	(39)
причем
ЛцЯш— i p R p -	(40)

Из выражений (39) и (40) найдем /„, т. е. силу тока, которую необ­ ходимо измерить:

Л, ~ M l с Rp/Rui) ~ 1рпш,	(41)
где п ш — 1 + Rv/R m — шунтирующий множитель.
Из выражения (41) определим /?ш:
Я» = Rp/Vnllp- 1 ) * Rp!(nlu- 1),	(42)

г. е. для расширения предела измерений в п ш раз необходим шунт с сопротивлением в (лш — 1) меньшим сопротивления измеритель­ ного прибора.

Пример 9. Миллиамперметр со шкалой 0...100 мА необходимо перегра­ дуировать на пределы 0 1 мА, т. е. расширить диапазон измерении в 10 раз. Сопротивление миллиамперметра R A — 0,5 Ом,

Рис. 19. Схемы включения:

« — шунта; б — добавочного резистор»

Решение. Для расширения диапазона измерения необходимо применить шунт, сопротивление которого /?ш = RfilUn'Ip — U = 0,5/(1000/100 I)

~ 0,056 Ом.

Так как прибор подключается параллельно шунту, то последний является преобразователем тока в напряжение, а в качестве измери­ тельного прибора используются милливольтметры магнитоэлектри­ ческой системы (для других систем приборов шунты не применяют, так как из-за большой потребляемой мощности этих приборов шун­ ты получаются громоздкими).

Серийно выпускаемые шунты имеют классы точности 0,05; 0,1; 0,2; 0,5. Для них класс точности указывает на предельно допустимое значение отклонения сопротивления шунта (в %):

(43)

где Uном.щ и /„ом.ш — номинальные значения соответственно напря­ жения и силы тока шунта (указываются на корпусе шунта); /,,пмр —

номинальная сила тока прибора.

Номинальное значение падения напряжения взаимозаменяемых шунтов 45 и 75 мВ, сила тока 0,01 ...7500 А.

Добавочные резисторы (рис. 19, 6) применяют для расширения пределов измерения вольтметров магнитоэлектрической, электро­ магнитной и электродинамической систем, а также цепей напряже­ ния электродинамических ваттметров.

Добавочные резисторы изготовляют в виде катушек из манга­ нинового провода, в цепь с измерительным механизмом прибора (рам­ кой, катушкой и т. п.) их включают последовательно. Резисторы бы­ вают внутренние и внешние, индивидуальные и взаимозаменяемые, используемые с любым прибором, сила тока полного отклонения которого равна номинальной силе тока резистора.

Для добавочных резисторов цепей постоянного тока применяют обычный способ намотки. Для цепей переменного тока — бифилярный. Для намотки используют изолированный провод и каркасы из пластмассы.

Для схемы, приведенной на рис.			19, б, можно записать:
UH— UmzхР~Т	Umax	IpRд	= t^max Р“ (t/max plRp) R^, (44)

где UH— измеряемое напряжение; £/тах/>— верхний предел измере­ ний прибора; Uд = h R x

Из (44) находим

Rд = Rp (UJUmax р- 1 ) = RP(np - 1 ),

(45)

где я р = Uн/UтахР, («р — 1) — множитель добавочного резистора, т. е., чтобы расширить предел измерения UmAxP прибора в л р раз, необходимо его сопротивление RP увеличить в (лр — 1) раз.

Пример 10. Вольтметр с диапазоном измерения 0 ...10 В необходимо переградуировать на пределы 0 100 В. Сопротивление рамки вольтметра

~ 200 Ом.

Рис, 20. Схемы рези­ стивных делителей на­ пряжения:

а — однопредельного; б и в — многопредельных

Решение. Для расширения пределов измерения необходимо использовать добавочный резистор

Яд = Ярам Ш п/ и тйхр — 1) = 200(100/10—1) = 1800 Ом.

Взаимозаменяемые резисторы рассчитаны на номинальное нап­ ряжение от 100 до 3000 В, силу тока 3; 5 и 7,5 мА и имеют классы точности 0,05; 0,1; 0,2; 0,5. Класс точности резистора соответствует допустимому относительному отклонению значения его сопротивле­ ния от номинального.

Делители напряжения используют для расширения пределов из­ мерения по напряжению (в цепях постоянного и переменного тока) приборов с высоким входным сопротивлением (электронные и цифро­ вые вольтметры, осциллографы, электронные мосты и потенциомет­ ры и др.). Делители бывают резистивные (рис. 20), емкостные и ин­ дуктивные.

Номинальный коэффициент делителя при условии подключения к делителю нагрузки бесконечно большого сопротивления (рис. 20, а)

« д е л = а д / . = ( * 1 + * ■ ) /* . = RilRt + 1-

(46)

Многопредельные делители выполняют по схеме с постоянным вход­ ным (рис. 20, б) или выходным (рис. 20, в) сопротивлением.

Резистивные делители напряжения имеют класс точности от 0,0005 до 0,2; коэффициент делителя 10:1; 100:1; 1000:1; 10000:1; полное сопротивление от 100 кОм до 10 МОм, максимальное выходное напряжение 1000 В.

Класс точности делителей соответствует пределу его основной до­ пустимой погрешности, выраженной в процентах номинального ко­ эффициента делителя.

Емкостные делители (рис. 21, а) применяют для расширения пре­ делов измерения электростатических вольтметров (в основном для цепей переменного тока).

Номинальный коэффициент делителя при условии подключения

к делителю нагрузки бесконечно большого сопротивления
«дел ~	У*~ (^ i4" С2)!С».	(47)

Индуктивный делитель представляет собой масштабный элект­ ромагнитный преобразователь напряжения, служащий для деления входных напряжений. Делители выполняют по трансформаторной или автотрансформаторной схеме. При трансформаторной схеме де­ лители имеют меньшую точность, однако позволяют гальванически разделить элементы измерительной цепи.

При использовании автотрансформаторной схемы индуктивные делители (рис. 21, 6) имеют более простую конструкцию, обмотка вы­ полняется жгутом из скрученных и взаимоизолированных проводов и и равномерно располагается на тороидальном ферромагнитном сер­ дечнике. Конец провода одной секции соединяется с началом прово­ да следующей и т. д. От мест соединений делают выводы к соответст­ вующим зажимам выходной цепи.

Номинальный коэффициент делителя

Ядел = U i f U W j W z ,

где wx и w2— число витков со стороны соответственно входа и выхода делителя.

Коэффициент делителя (в пределах 0,9 10“ 7) можно регулиро­ вать изменением числа витков обмоток или их частей.

Основными достоинствами индуктивных делителей являются: низкая погрешность преобразования (0,001 %), стабильность коэф­

фициентов	делителя; независимость	коэффициентов	делителя от
нагрузки;	широкий частотный диапазон (0,02... 200 кГц).
Измерительные трансформаторы предназначены для расширения
пределов	измерения амперметров	(трансформаторы	тока — ТТ)
и вольтметров (трансформаторы напряжений — ТН)			электромаг­
нитной и электродинамической систем.

Использование измерительных трансформаторов позволяет, с од­ ной стороны, применять низковольтные приборы для измерения в цепях высокого напряжения, с другой стороны, обезопасить обслу­ живание высоковольтных установок. Кроме того, упрощаются кон­ струкции измерительных приборов, так как они применяются в це­ пях низкого напряжения.

Измерительные трансформаторы состоят из двух взаимоизоли­ рованных обмоток (рис. 22): первичной (числом витков wx) и вторич­ ной (число витков до2), помещенных на ферромагнитный сердечник.

В трансформаторах тока обычно си­

		ла первичного тока 1Хбольше,			чем
		вторичного		/ а, поэтому в них wx<с
		< w2.	Первичную обмотку выпол­
		няют	из провода различного сече­
		ния, в зависимости от номинальной
а)	5)	силы первичного тока (при / >			500А
Рис. 21. Схемы делителей напря­		она может состоять из одного			вит­
		ка — в виде прямой медной шины,
	жения:	проходящей		через окно сердеч-
а — емкостного; б — индуктивного

Рис. 22. Схема включения и устройство измеритель­ ных трансформаторов тока ТТ и напряжения ТН

ника). Сечение провода вторичной обмотки всех стандартных ТТ небольшое, одинакового размера. В ТН первичное напряжение Ui больше вторичного U2, поэтому в них wx> w2. Первичная об­ мотка ТН состоит из нескольких тысяч или десятков тысяч витков (диаметр провода 0,1 ...0,3 мм), вторичная — из сотен витков (диа­ метр провода 0,5 ...1,0 мм).

По схемам включения (рис. 22) в измеряемую цепь и по условию работы ТТ и ТН различаются: у ТТ первичная обмотка включается последовательно с нагрузкой (R„), у ТН — параллельно нагрузке. Ко вторичной обмотке ТТ и ТН подключают измерительные приборы, по показаниям которых можно определить значение измеряемых ве­ личин, для чего показания необходимо умножить на коэффициент трансформации:

ДЛЯ ТТ /С/	= / ном1!Iном2>
ДЛЯ ТН Ни	—UU0Mi/U}i0M2.

Таким образом, зная показания амперметра / 2 и вольтметра U-z, можно подсчитать силу измеряемого тока /j и напряжение:

/х = /С/^2 и Uz= Ки U2.

Коэффициенты трансформации указываются на щитке трансформато­ ра в виде дроби, числитель которой есть номинальное значение пер­ вичной, а знаменатель — вторичной величины.

Сердечники измерительных трансформаторов изготовляют из тонкой листовой трансформаторной стали или из пермаллоя. Для уменьшения потерь от вихревых токов листы изолируют. Чаще всего применяются сердечники стержневого или кольцевого (тороидаль­ ного) типа.

ТТработает в режиме, близком к короткому замыканию, так как

вего вторичную обмотку включаются приборы с малым сопро­ тивлением (амперметры, токовые обмотки ваттметров, счетчиков, со­ противление которых очень мало). Размыкание вторичной цепи яв­ ляется аварийным режимом, поскольку при этом намагничивание сердечника осуществляется полностью всем первичным током. Про­

исходит насыщение сердечника, значение его магнитного сопротив­ ления повышается, что приводит к перегреву сердечника, порче изоляции, намотки. Кроме того, увеличенный магнитный поток ин­ дуцирует во вторичной обмотке ЭДС, достигающую опасных для жизни людей значений (до 2 кВ и выше). Поэтому при необходимости осуществления нужных переключений во вторичной цепи при вклю­ ченной первичной обмотке вторичная обмотка должна быть замкнута накоротко переключателем 5/4 (рис. 22) или на токовые обмотки при­ боров.

В зависимости от назначение ТТ разделяют на стационарные и переносные. Для расширения пределов измерения в корпусах пере­ носных ТТ с тороидальным сердечником предусматривается отверс­ тие, через которое можно намотать внешнюю первичную обмотку про­ водом, допускающим измерение силы соответствующего первичного тока.

Номинальные значения силы тока ТТ: первичного в пределах 0,2 3000 А, вторичного всегда 5 А; номинальные сопротивления вторичной цепи не должны превышать 0,2; 0,4 или 0,6 Ом (указыва­ ется на щитке ТТ).

Выводы обмоток ТТ имеют обозначения: J7lt Л 2— первичной #2 — вторичной.

Для работы ТН характерно незначительное изменение первич­ ного напряжения и большое сопротивление вторичной цепи, так как ко вторичной обмотке подключают приборы с относительно большим сопротивлением (вольтметры, цепи напряжения ваттметров). Таким образом, ТН работают в условиях, близких к режиму холостого хо­ да. Число приборов, подключаемых к ТН, определяется их суммар­ ной мощностью, которая не должна превышать номинальную мощ­ ность ТТ при номинальном напряжении (указываются на щитке трансформатора).

ТН делятся на стационарные и переносные и выпускаются на но* минальные значения первичных напряжений от 220 В до 35 кВ, но­ минальные вторичные напряжения 100 В (реже 150 В) и номиналь­ ные мощности от 10 до 1200 В. Выводы обмоток ТН имеют обозначе­ ния: А и X — первичной; а и х — вторичной.

Лабораторные ТТ имеют класс точности 0,01 ...0,2, а стационар­

ные 0,2 ...10; ТН имеют классы точности 0,1

0,5.

Погрешности ТТ увеличиваются с ростом сопротивления вторич­ ной цепи. Поэтому для каждого ТТ указывают его номинальное (наи­ большее, на которое можно замыкать вторичную обмотку) сопро­ тивление (в Ом) или номинальную мощность (в В*А).

Для безопасности обслуживающего персонала один из зажимов вторичной обмотки и сердечник измерительных трансформаторов заземляют. Кроме того, во вторичную и первичную обмотки ТН ус­ танавливают плавкие предохранители (в цепь заземленного прово­ да предохранитель не ставят).