Средства расширения пределов измерения параметров постоянного и переменного тока и напряжения.
В качестве внешних средств расширения пределов измерения используются:
1) Шунты (для расширения пределов измерения силы тока в сторону увеличения максимального значения измеряемой величины), применяются на постоянном и переменном токе.
Пусть — ток полного отклонения стрелки, соответствующий верхнему пределу диапазона измерения амперметра, а — падение напряжения на сопротивлении амперметра при этом токе: .
Пусть — верхний предел диапазона измерения силы тока, который желательно обеспечить с помощью шунта.
Очевидно, что при этой силе тока должно выполняться равенство , откуда получаем значение масштабного коэффициента расширения предела измерения силы тока:
, всегда K > 1.
Метрологические характеристики шунтов:
— номинальное падение напряжения на шунте,
— верхний предел диапазона измерений, который обеспечивает данный шунт,
— верхний предел измерения силы тока амперметром, с которым может быть использован данный шунт,
— предел допускаемой основной относительной погрешности преобразования.
2) Добавочные сопротивления (для расширения пределов измерения напряжения в сторону увеличения максимального значения измеряемой величины) применяются на постоянном и переменном напряжении.
Добавочное сопротивление соединяется последовательно с вольтметром. Если собственное сопротивление вольтметра , а значение добавочного сопротивления , то при подключении к вольтметру добавочного сопротивления верхний предел измерения увеличивается до напряжения
где — ток полного отклонения стрелки вольтметра.
Поэтому коэффициент расширения предела измерения равен:
, всегда К > 1.
3) Усилители тока и напряжения (для расширения пределов измерения тока или напряжения в сторону уменьшения максимального значения измеряемой величины), применяются на постоянном и переменном токе и напряжении.
4) Измерительные трансформаторы тока и напряжения (для расширения пределов измерения тока или напряжения в обе стороны, но чаще всего применяются для расширения пределов измерения в сторону увеличения максимального значения измеряемой величины), применяются только при переменном токе.
Особенности применения измерительных трансформаторов тока.
— зажимы первичной обмотки трансформатора, к которым подключена линия, — зажимы вторичной обмотки, к которым подключается амперметр, К — ключ, замыкающий вторичную обмотку.
Включение трансформатора тока с амперметром в линию.
Перед включением первичной обмотки в линию вторичная обмотка обязательно должна быть замкнутой на амперметр или ключом К. После включения амперметра и проверки целостности его цепи и качества контактов в местах присоединений ключ размыкают.
Нормированные метрологические характеристики трансформатора тока:
— пределы изменения напряжения, действующего на первичной обмотке,
— предел измерения вольтметра, включаемого во вторичную обмотку,
— предел допускаемой основной относительной погрешности по амплитуде,
— предел допускаемой основной погрешности по фазе,
— частотный диапазон, в котором инструментальные погрешности трансформатора не превышают норм, установленных на основные погрешности.
Предел измерений аналогового измерительного прибора следует выбирать таким образом, чтобы показания прибора находились в последней трети его шкалы.
БЛОГ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА
Блог судового электромеханика. Электроника, электромеханика и автоматика на судне. Обучение и практика. В помощь студентам и специалистам.
Если у вас не прогружаются какие-то фотографии / картинки / чертежи, тогда рекомендуем использовать VPN сервисы!
16.03.2015
Устройства для расширения пределов измерений приборов
В практике электрических измерений встречается необходимость измерить токи, напряжения и другие величины в очень широком диапазоне их значений. Обмотки приборов магнитоэлектрической и динамической систем допускают ток до 30 мА, электромагнитной — до 10 А.
Для расширения пределов измерений приборов применяют различные устройства: в цепях постоянного тока — шунты и добавочные резисторы, в цепях переменного тока — измерительные трансформаторы тока и напряжения.
Шунт (рис. 1,а) представляет собой резистор, включаемый в цепь измеряемого тока.
Параллельно резистору присоединяется амперметр. Шунт имеет очень небольшое сопротивление, и по нему проходит почти весь ток, тогда как к амперметру подводится лишь падение напряжения на зажимах шунта и, следовательно, через прибор протекает небольшая часть измеряемого тока.
Рис. 1. Схемы включения устройств для расширения пределов измерений приборов постоянного тока
Сила измеряемого тока:
Падения напряжений на приборе и на шунте равны, следовательно,
Подставляя значение Is, получим
где р — шунтирующий множитель т. е. коэффициент, показывающий, во сколько раз необходимо расширить пределы измерения амперметра.
Из последнего выражения можно определить:
Из равенства следует, что для расширения пределов измерения силы тока в р раз сопротивление шунта должно быть в р — 1 раз меньше сопротивления амперметра.
Добавочные резисторы (рис. 1,б) включаются последовательно с вольтметром с таким расчетом, чтобы общее падение напряжения на зажимах обмотки прибора и добавочного резистора возросло, что позволяет измерять большие напряжения. Измеряемое напряжение равно сумме падений напряжений на вольтметре и на добавочном резисторе:
Обозначим отношение n = U/Uv как коэффициент расширения пределов измерения вольтметра. Разделив уравнение напряжений на Uv, получим:
Таким образом, для расширения пределов измерения вольтметра в n раз добавочный резистор должен иметь сопротивление в n — 1 раз больше, чем сопротивление вольтметра.
Добавочные резисторы выполняют из константановой проволоки или манганинового сплава.
4.8. Средства расширения пределов измерения и правила выбора подходящего предела
4.8.1. Типичные способы и средства расширения пределов измерений
Расширение пределов измерения приборов — это важная технико — экономическая задача, целью которой является уменьшение объема приборного парка предприятия без ущерба для метрологического обеспечения испытаний изделий и управления технологическими процессами. При наличии средств расширения пределов измерения оказывается возможным применять один и тот же обычно дорогостоящий прибор для измерения величин различного размера. В конкретных ситуациях может потребоваться изменить предел измерения в сторону увеличения верхнего предела измерений, то есть уменьшить чувствительность прибора, а в других случаях наоборот, — повысить чувствительность, то есть изменить предел измерения в сторону уменьшения верхнего предела измерения. Возможны два варианта решения этой задачи.
В первом варианте средства расширения пределов измерения встраиваются в измерительный прибор, который снабжается ручным переключателем пределов. Такой прибор является многопредельным, и метрологические характеристики этого прибора (см. п. 3.5.5) на разных пределах могут различаться. Тогда они нормируются для каждого предела измерения по отдельности. Об этом потребителю сообщается надписями на шкале или в сопроводительной документации.
Во втором варианте используются внешние средства расширения пределов измерений. Этот вариант используется там, где измерения на одном выбранном пределе выполняются втечение длительного времени, например, в системах управления технологическим процессом.
Такое внешнее средство расширения пределов измерения есть не что иное, как масштабирующий линейный измерительный преобразователь, который изменяет не вид измеряемой величины, а лишь ее масштаб. Эти преобразователи выпускаются промышленностью, как автономные средства измерений (СИ). Каждая группа таких преобразователей имеет унифицированные свойства, присоединительные размеры и метрологические характеристики. Поэтому при их соединении с однопредельным измерительным прибором фактически получается новый прибор, метрологические характеристики которого должны быть рассчитаны по метрологическим характеристикам соединенных компонентов.
В качестве внешних средств расширения пределов измерения используются:
— шунты — для расширения пределов измерения силы тока в сторону увеличения максимального значения измеряемой величины, то есть для уменьшения чувствительности,
— делители напряжения и добавочные сопротивления — для расширения пределов измерения напряжения в сторону увеличения максимального значения измеряемой величины, то есть для уменьшения чувствительности,
— усилители тока и напряжения — для расширения пределов измерения тока или напряжения в сторону уменьшения максимального значения измеряемой величины, то есть для увеличения чувствительности,
— измерительные трансформаторы тока и напряжения — могут применяться для расширения пределов измерения тока или напряжения в обе стороны, но чаще всего применяются для расширения пределов измерения в сторону увеличения максимального значения измеряемой величины, то есть для уменьшения чувствительности.
5 Расширение пределов измерения
5.1.1 Расширение пределов измерения по току, расчёт шунтов
Шунт — это небольшое по номинальной величине соиротивлени изготавливаемое из манганиновой проволоки или полосы и включаемо’ параллельно электрической цепи измерительного механизма.
Номинальный ток (1н) — это ток протекающий через электрическую цеш измерительного механизма при полном отклонении стрелки индикатора.
Шунтирующий коэффициент (п) — это отношение показывающее во сколькс раз ток расширяемого предела выше номинального тока.
Зная номинальный ток и сопротивление электрической цепи прибора можнс рассчитать шунт на любое значение тока расширяемого предела.
\р — ток расширяемого предела;
1Н — номинальный ток;
п — шунтирующий коэффициент;
R — сопротивление электрической цепи измерительного механизма Лш — сопротивление шунта.
5.1.2 Расширение пределов измерения по напряжению, расчет добавочных сопротивлений.
Добавочное сопротивление — это большое по номинальной величине сопротивление изготавливаемое из манганиновой проволоки и включаемое последовательно с электрической цепью измерительного механизма.
Номинальное напряжение (Uh) — падение напряжения на клеммах измерительной головки при полном отклонении стрелки индикатора.
Коэффициент расширения предела по напряжению (р) — это отношение показывающее во сколько раз напряжение расширяемого предела больше номинального напряжения.
\]р — напряжение расширяемого предела; TJH — номинальное напряжение;
р — коэффициент расширения предела по напряжению;
R — сопротивление электрической цепи измерительного механизма
Rt) — добавочное сопротивление.
Добавочные сопротивления как и шунты разрабатываются и изготавливаются во внутреннем и внешнем исполнении.
Внутренние шунты и добавочные сопротивления разрабатываются и изготавливаются для применения с конкретными типами измерительных механизмов.
Внешние шунты и добавочные сопротивления классифицируются по следующим признакам:
по номинальной величине сопротивления;
по классу точности;
по номинальной мощности.
Добавочные сопротивления, как и шунты должны использоваться только с измерительными приборами соответствующего им класса точности.
6 Электронные вольтметры
Из всех электрических измерений наиболее распространёнными являются измерения напряжения, т.к. на их долю приходится до 70% всех электрических измерений. Большинство неэлектрических величин при помощи простых преобразований приводится к напряжению.
Основными характеристиками вольтметров являются:
Чувствительность — это минимальное напряжение которое может измерить вольтметр с паспортной точностью (нижний предел измерения);
Полоса пропускания — это диапазон частот в пределах которого вольтметр сохраняет паспортную точность измерений;
Предел измерения (верхний предел измерения);
Входное сопротивление и входная ёмкость;
Мощность потребляемая прибором от сети.
Основными блоками электронных вольтметров являются: делитель, усилитель, детектор, блок питания, у некоторых вольтметров компенсационный каскад и источник опорного напряжения.
По расположению основных блоков все электронные вольтметры делятся на два типа:
1. Вольтметры типа усилитель — детектор.
Вольтметры данного типа обладают высокой чувствительностыо(единицы микровольт) и узкой полосой пропускания(единицы мегагерц) которая ограничивается частотной характеристикой усилителя.(к вольтметрам данного типа относятся вольтметры 3-ей подгруппы)
2 . Вольтметры типа детектор — усилитель.
Вольтметры данного типа обладают широкой полосой пропускания(десятки гигагерц) и низкой чувствительностью которая ограничивается дрейфом нуля усилителя постоянного тока(УПТ).
Сущность дрейфа нуля УПТ состоит в том что при отсутствии входного сигнала на выходе УПТ наблюдается непостоянный по величине и знаку небольшой сигнал.(к вольтметрам данного типа относятся вольтметры 7-ой подгруппы)
Кроме того вольтметры подразделяются по типу входа: 1)
ольтметры с закрытым входом, на входе которых устанавливается разделительный конденсатор не пропускающий постоянную составляющую исследуемого сигнала. Данные вольтметры могут измерять только переменное напряжение.
Вольтметры с открытым входом реагирующие на суммарное значение исследуемого сигнала.
6.1 Классификация электронных вольтметров по условному обозначению
—установки или приборы для поверки вольтметров;
— вольтметры постоянного тока;
— вольтметры переменного тока;
— вольтметры импульсного тока;
— вольтметры фазочувствительные (векторметры);
— измерители отношения напряжений и (или) разности напряжений;
6.2 Электронные вольтметры 3-ей подгруппы, типа ВЗ-38, ВЗ-41.
Все вольтметры данного типа относятся к вольтметрам типа усилитель детектор с закрытым входом, и предназначены для измерения действующего значения синусоидального напряжения. В пределах от единиц мкВ до десятков В, в диапазоне частот от 20 Гц до десятков МГц. Причём класс точности данных
приборов зависит от предела измерения и частоты исследуемого сигнала. Так в узком диапазоне частот до 1МГц, на малых пределах до 1В класс точности составляет ±2,5%, на более высоких пределах и в более широком диапазоне частот класс точности составляет ±4%. Входное сопротивление данных вольтметров также зависит от частоты исследуемого сигнала, так на частоте 1кГц оно составляет десятки Мом. Оно возрастает с уменьшением частоты, и уменьшается до десятков кОм на верхних граничных частотах. Все вольтметры данного типа работают от сетевого напряжения промышленной частоты(220-127 В, 50 или 400 Гц).
6.3 Порядок подготовки и применения электронных вольтметров 3-ей подгруппы.
Перед включением прибора в сеть заземляется корпус, переключатель пределов ставится на максимальный предел измерения, проверяется, и при необходимости устанавливается на ноль стрелка — винтом механической коррекции. Затем прибор подключается к сетевому напряжению и включается, входные клеммы подключаются к исследуемой схеме, выбирается оптимальный предел измерения и определяется результат по формуле:
Примечание: с целью повышения удобства вычисления результата данные приборы имеют две шкалы для измерения напряжения в вольтах, 10 делений и 30 делений, и две группы пределов, начинающихся на цифру 1 и на цифру 3. В случае если выбран предел начинающийся на цифру 1 измерения производятся по шкале в 10 делений, если на цифру 3 то по шкале в 30 делений.