Аналоговые измерительные преобразователи

Для расширения диапазона измерений электрических приборов применяют масштабные преобразователи: шунты, добавочные резисторы, делители напряжения, измерительные трансформаторы и др.

Шунты служат для расширения диапазона измерений силы тока магнитоэлектрических приборов. Они могут изготавливаться отдельно (наружные шунты) или могут быть встроены в измерительный прибор (внутренние шунты).

Отдельные шунты (рис.12) выполняют четырехзажимными для исключения влияния на результат измерения сопротивления соединительных проводов и контактов, соизмеримых с сопротивлением шунта. Токовые зажимы 2 используют для включения шунта в цепь измеряемого тока, зажимы 1 (потенциальные зажимы) – для подключения измерительного механизма.

Рис. 12. Конструктивное исполнение Рис. 13. Схемы включения:

отдельного шунта а – шунта, б – добавочного резистора

Приборы со встроенными шунтами имеют переключатель диапазонов измерения, воздействием на который изменяют сопротивление подключаемого шунта.

Внутренние шунты изготовляют на токи примерно до 50 А, наружные – на токи до 10 кА. В зависимости от точности изготовления наружным шунтам присваивают классы точности (0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5), которые показывают допустимое отклонение сопротивления шунта в процентах от номинального значения.

Ток нагрузки I_н в измерительной цепи (рис. 13 а) разветвляется на ток шунта и ток прибора I_р (милливольтметра).

Для расчета требуемого сопротивления шунта R _ш необходимо знать максимальное значение тока нагрузки, верхний предел измерения прибора и его внутреннее сопротивление

R _ш = R _р /(I_н / I_{р max} –1)= R _р ·(n _ш-1).

Добавочные резисторы применяют для расширения пределов измерения вольтметров магнитоэлектрической, электромагнитной и электродинамической систем, а также цепей напряжения электродинамических ваттметров. Добавочные резисторы изготовляют в виде катушек и включают в цепь измерительного прибора последовательно (рис. 13б). Резисторы бывают внутренние, внешние, индивидуальные и взаимозаменяемые.

Требуемое значение добавочного сопротивления (рис. б) для обеспечения заданного диапазона измерения определяют по формуле

R_д=R_p·(U_н/U_{p max}-1)=R_p·(n_p-1)

где n _p = U _н /U _{p max} - множитель добавочного резистора;

U _н - измеряемое напряжение;

U _{p max} - верхний предел измерений прибора;

R_p - сопротивление прибора.

Добавочные резисторы рассчитаны на номинальное напряжение до 30 кВ, имеют классы точности 0,01 – 1,0. Класс точности резистора соответствует допустимому отклонению значения его сопротивления от номинального значения.

Технические требования к шунтам и добавочным сопротивлениям приведены в группе стандартов ГОСТ 30012— 2002 «Приборы аналоговые показывающие электроизмерительные и вспомогательные части к ним».

Делители напряжения. Используют для расширения пределов измерения по напряжению в цепях постоянного и переменного тока приборов с высоким входным сопротивлением (электронных и цифровых вольтметров, осциллографов, электронных мостов и потенциометров и др.). Делители бывают резистивные, индуктивные и емкостные.

Номинальный коэффициент деления резистивного делителя при условии подключения к делителю нагрузки бесконечно большого сопротивления (рис. 14а)

n _дел=U₁/U₂=(R₁+R₂)/R₂=R₁/R₂+1

Многопредельные делители выполняют с постоянным входным (рис. 14б) или выходным (рис.14в) сопротивлением.

Рис. 14. Схемы резистивных делителей напряжения: а – однопредельного, б – многопредельного

Резистивные делители напряжения имеют класс точности от 0,0005 до 0,2.

Основные технические характеристики резистивных измерительных делителей напряжения постоянного тока нормирует ГОСТ 11282—93 «Делители напряжения постоянного тока измерительные. Общие технические условия», согласно которому класс точности делителя соответствует пределу его основной допустимой погрешности, выраженной в процентах номинального коэффициента делителя.

Ёмкостные делители применяют для расширения пределов измерения электростатических вольтметров (в основном для цепей переменного тока).

Номинальный коэффициент делителя при условии подключения к делителю нагрузки бесконечно большого сопротивления (рис. 15а)

n _дел=U₁/U₂=(C₁+C₂)/C₂=C₁/C₂+1

Рис. 15. Схемы делителей напряжения: а – ёмкостного, б - индуктивного

Индуктивный делитель представляет собой масштабный электромагнитный преобразователь напряжения, служащий для деления входных напряжений.

Номинальный коэффициент делителя (рис. 15б)

n _дел=U₁/U₂ =w₁/w₂+1,

где w₁ и w₂ - число витков со стороны входа и выхода делителя.

Коэффициент делителя можно регулировать изменением числа витков обмоток или их частей.

Основными достоинствами индуктивных делителей являются: низкая погрешность преобразования (0,001%), стабильность коэффициентов 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 напряжения – ТН) электромагнитной и электродинамической систем.

Использование измерительных трансформаторов позволяет, с одной стороны, применять низковольтные приборы для измерения в цепях высокого напряжения, с другой стороны, обезопасить обслуживание высоковольтных установок. Кроме того, упрощается конструкция измерительных приборов, так как они применяются в цепях низкого напряжения. (Применение шунтов для расширения пределов измерений электромагнитных амперметров нерационально, так как приводит к увеличению мощности потребления приборами, громоздкости, дороговизне.)

Измерительные трансформаторы состоят из двух взаимно изолированных обмоток: первичной с числом витков w₁ и вторичной с числом витков w₂, помещенных на ферромагнитный сердечник. В трансформаторах тока обычно сила первичного тока больше, чем вторичного тока, поэтому в них w₁ < w₂.При больших токах (свыше 500 А) первичная обмотка может состоять из одного витка – в виде прямой медной шины, проходящей через окно сердечника (рис.16).

Рис. 16. Трансформатор тока УТТ-5М и его принципиальная схема

В трансформаторах напряжения первичное напряжение больше вторичного, поэтому в них w₁ > w₂. Первичная обмотка ТН состоит из нескольких тысяч или десятков тысяч витков (диаметр провода 0,1…0,3 мм), вторичная из сотен витков (диаметр провода 0,5…1,0 мм).

Первичная обмотка трансформатора тока включается последовательно с нагрузкой, а трансформатора напряжения параллельно нагрузке (рис.17). К зажимам вторичной обмотки подключают измерительные приборы. Силу измеряемого тока или напряжение определяют путем умножения показаний амперметра или вольтметра на номинальный коэффициент трансформации. (Шкала измерительного прибора может быть отградуирована в значениях измеряемого тока, тогда умножение не требуется.)

Рис. 17. Схема устройства и подключения трансформаторов тока ТТ и напряжения ТН (FU1, FU2 –плавкие предохранители)

Номинальные коэффициенты трансформации ТТ и ТН указывают на щитке трансформатора в виде дроби, числитель которой равен номинальному значению тока/напряжения первичной обмотки, знаменатель – вторичной обмотки.

Классы точности лабораторных трансформаторов тока 0,05 - 0,5, стационарных 0,2 - 10. Выводы обмоток ТТ имеют обозначения: Л₁, Л₂ - первичной, И₁, И₂ - вторичной.

Выводы обмоток ТН имеют обозначения: А и Х – первичной, а и х – вторичной. Классы точности ТН: 0,05 - 3.

В зависимости от назначения измерительные трансформаторы тока разделяются на стационарные и переносные. Особой разновидностью трансформаторов тока являются т о к о -измерительные клещи, позволяющие измерять ток в линии, не разрывая цепи для включения амперметра или обычного измерительного трансформатора.

Основные технические характеристики измерительных трансформаторов тока нормированы ГОСТ 7746—2001 «Трансформаторы тока. Общие технические условия» и ГОСТ 23624—7 9 «Трансформаторы тока измерительные лабораторные. Общие технические условия».

Измерительные усилители. Измерительные усилители (ИУ) служат для усиления измеряемых электрических сигналов, а следовательно, для повышения чувствительности средств измерений. Их применение в то же время позволяет уменьшить потребление энергии от исследуемого объекта.

Основной статической характеристикой измерительных усилителей является номинальный коэффициент усиления или номинальный коэффициент передачи (при физически разнородных входных и выходных величинах), представляющий собой его номинальную чувствительность.

В зависимости от частот усиливаемых сигналов ИУ разделяют на усилители переменного и постоянного токов. Усилители постоянного тока (УПТ) пригодны для преобразования сигналов постоянного тока и в определенном частотном диапазоне сигналов переменного тока.

Современные ИУ строят, используя, в основном, операционные-усилители, т. е. УПТ, обладающие большим коэффициентом усиления (десятки и сотни тысяч), большим входным и незначительным выходным сопротивлениями, малыми значениями входного тока и нестабильностью напряжения смещения и предназначенные для работы в схемах с отрицательной обратной связью.

Поиск по сайту: