Преобразователи электрических величин

К преобразователям электрических величин, используемым в СТДМ, относятся шунты, добавочные резисторы, резистивные и емкостные делители напряжения, измерительные трансформаторы переменного тока, преобразователи мощности переменного тока бесконтактные преобразователи постоянного тока.

Шунты применяют для расширения пределов измерения магнитоэлектрических приборов току, преобразования токов в падение напряжения при измерениях приборами с большим входным сопротивлением, а также в качестве нагрузочных резисторов при диагностировании аккумуляторных батарей. В соответствии с рис.4.9.а, имеем

где R_ш - сопротивление шунта; I_и - измеряемый ток; R_п, I_п - сопротивление прибора и ток в его цепи

Если , то .

Шунты обычно снабжают двумя парами зажимов, пара 1-1 служит для включения шунта в цепь измеряемого тока, а пара 2-2 -для подключения прибора. Этим исключают погрешность измерений от падения напряжения на контактах и на соединительных проводах.

Рис. 4.9 Схемы преобразователей электрических величин

Шунты на малые пределы измерения по току выполняют из манганиновой проволоки, а на большие - из манганиновых пластин или лент. Универсальные приборы, например, для диагностирования электрооборудования автомобилей различных марок снабжают многопредельными шунтами, представляющими собой один шунт с необходимым числом отводов.

Для расширения пределов измерений шунты применяют в основном при измерениях постоянного тока с приборами магнитоэлектрической системы. Это объясняется тем, что только приборы магнитоэлектрической системы могут быть выполнены для измерения малых падений напряжений (несколько милливольт). В качестве преобразователей тока в напряжение при подключении высокоомных электронных приборов или электронных осциллографов шунты используют для измерений постоянных и переменных токов.

Добавочные резисторы применяют для расширения пределов измерения относительно низкоомных приборов при использовании их для измерения напряжения. К таким приборам относят микро- и миллиамперметры, гальванометры светолучевых осциллографов, самописцы с измерительными механизмами магнитоэлектрических или электромагнитных систем.

При включении добавочного резистора (рис.4.9, б) ток в цепи прибора

где U_И - измеряемое напряжение; Rд - сопротивление добавочного резистора.

Добавочные резисторы выполняют в виде катушек из манганиновой проволоки или из литого микропровода в стеклянной изоляции. Для измерений в цепях переменного тока применяют бифилярную намотку.

В цепи добавочных резисторов вводят термокомпенсирующие резисторы, имеющие отрицательный ТКС, которые компенсируют положительные приращения сопротивления с увеличением температуры медных катушек измерительных механизмов приборов.

Резистивные делители напряжения применяют главным образом для расширения пределов измерений приборов, имеющих высокое входное сопротивление (электронные осциллоскопы, электронные аналоговые и цифровые вольтметры).

Коэффициент преобразования резистивного делителя напряжения (рис. 4.9, б)

где U_и и U_п - измеряемое напряжение и падение напряжения на входе прибора; R₁ и R₂ - сопротивления плеч делителя.

Конструктивно резистивные делители аналогичны добавочным резисторам. Кроме фиксированных одно- и многопредельных делителей применяют делители с плавным изменением величины коэффициента преобразования. Последние выполняют на основе прецизионных проволочных резисторов со шкалами. Эти делители отличаются отделителей с фиксированной величиной коэффициента преобразования большей погрешностью, что связано с наличием скользящего контакта, а также неоднородностью намотки высокоомного провода.

Емкостные делители напряжения применяют для подключения приборов или промежуточных преобразователей к высоковольтным цепям переменного или импульсного тока, например к цепям систем зажигания карбюраторных двигателей, поскольку такого рода делители позволяют осуществлять соединение с объектом диагностирования без гальванической связи, а, следовательно, без рассоединения его цепей.

На рис.4.8,г показана схема емкостного делителя напряжения. При использовании емкостного делителя для измерений в системе зажигания двигателя конденсатор С₁ образуется специальным клеммовым зажимом, одеваемым при диагностировании на провод свечи или па центральный провод распределителя. Коэффициент преобразования такого делителя

где С₁ - емкость, образованная высоковольтным проводом системы зажигания и зажимом; С₂ - емкость низковольтного плеча делителя, включающая емкость соединительного кабеля и входа прибора; R₁ - сопротивление изоляции высоковольтного зажима с кабелем; R₂ - сопротивление изоляции низковольтного плеча делителя; w - круговая частота.

Измерительные трансформаторы тока применяют для расширения пределов измерения по току измерительных приборов с относительно низким входным сопротивлением в цепях переменного тока, а также для обеспечения безопасности работы с приборами в цепях высокого напряжения, например при диагностировании составных частей электропривода переменного тока.

Трансформаторы тока представляют собой замкнутый сердечник из листовой электротехнической стали или специальных сплавов с первичной и вторичной обмотками (рис. 4.9, д).

Коэффициент трансформации трансформаторов тока где - измеряемый ток и ток в цепи прибора соответственно. Коэффициент трансформации трансформаторов тока не строго постоянен, а является функцией измеряемого тока, с уменьшением тока он надает (при номинальной нагрузке в пределах 0,5... 1%). Также меняется и угловая погрешность (при номинальной нагрузке до 30... 40 мин). Для уменьшения этих погрешностей, особенно при подключении трансформаторов тока к приборам с входным сопротивлением больше номинального, необходимо вторичную обмотку нагружать резистором, сопротивление которого соответствует номинальному значению для данного трансформатора тока.

Для диагностирования без рассоединения цепей наибольший интерес представляют трансформаторы тока с разъемным сердечником, к этому числу относятся токоизмерительные клещи. Первичной обмоткой токоизмерительных клещей является сам провод, по которому протекает измеряемый ток. В корпус токоизмерительных клещей встроен амперметр, проградуированный в значениях измеряемых токов. Вторичная обмотка трансформатора секционирована, что позволяет иметь несколько пределов измерения. Погрешность токоизмерительных клещей за счет нестабильности зазора в сердечнике около 2%.

Измерительные трансформаторы напряжения (рис. 4.9,е). Вторичный ток в измерительных трансформаторах напряжения определяется потреблением тока прибором, включенным на его выход, и не превышает обычно 20... 30 мА. Поэтому трансформатор напряжения работает в условиях, близких к режиму холостого хода. Коэффициент трансформации Погрешность коэффициента трансформации и угловая погрешность зависят от величины падения напряжения в обмотках трансформатора. Уменьшить эти погрешности можно лишь снижением потребления мощности приборами, включенными во вторичную обмотку трансформатора напряжения.

Преобразователи активной мощности. Для измерения активной мощности, потребляемой объектом диагностирования, кроме стрелочных и самопишущих ваттметров применяют гальваномагнитные преобразователи, основанные на эффекте Холла. Эффект Холла возникает в полупроводнике в результате отклонения электронов под действием приложенного магнитного поля. Преобразователь Холла представляет собой тонкую пластину 5 из полупроводникового материала (рис. 4.10,а). Выводы 1 и 2 служат для подключения преобразователя к объекту измерения, а выводы 3 и 4 - для подключения измерительного прибора.

Рис.4.10. Преобразователь активной мощности:

а - преобразователь Холла;

б - установка преобразователя Холла в кольцевом магнитопроводе

Если преобразователь поместить в магнитное поле и вектор магнитной индукции В будет направлен перпендикулярно плоскости пластины, то при протекании тока в цепи выводов 1, 2 на выводах 3, 4 появится ЭДС Холла:

где Rн - коэффициент Холла, зависящий от свойств полупроводника; I - ток через пластину; а, h, l - геометрические размеры преобразователя; (1/а, μ, В) - поправочная функция.

Преобразователи Холла изготовляют в виде монолитных пластин, вырезанных из монокристаллов полупроводников или в виде тонких пленок, образованных напылением полупроводникового материала на изоляционную подложку. Для изготовления применяют монокристаллы германия и кремния, а также кристаллы химических соединений и др.

Для измерения активной мощности на переменном токе и мощностей или токов в цепях постоянного тока преобразователь Холла размещают в зазоре кольцевого магнитопровода (рис.4.10,б). В центре кольца 6 размещают проводник 7, по которому протекает измеряемый ток.

При измерениях в цепях постоянного тока к выводам 1 и 2 (рис.4.9.а) преобразователя подключают постоянное напряжение неизменной величины, тогда ЭДС на выводах 3 и 4 будет пропорциональна току, протекающему через проводник, расположенный в центре кольцевого магнитопровода.

При измерениях мощности в цепях переменного тока на выводы 1 и 2 преобразователя Холла подается напряжение от объекта диагностирования через трансформатор напряжения или добавочный резистор, а через проводник, расположенный в магнитопроводе, протекает ток цепи объекта диагностирования. При этом ЭДС па выводах 3 и 4 преобразователя Холла

где с - постоянная; U - напряжение на объекте диагностирования; I - ток в цепи объекте диагностирования; φ - угол сдвига фазы между U и I.

Из этого уравнения следует, что ток через прибор, включенный на выводы 3 и 4 преобразователя, будет пропорционален активной мощности, потребляемой объекте диагностирования.

ЛЕКЦИЯ13

Тема: Промежуточные преобразователи

План лекции

Схемы включения преобразователей сопротивления

Схемы включения емкостных преобразователей

Схемы включения индуктивных преобразователей

Схемы включения преобразователей температур

Схемы включения фотоэлектрических преобразователей

Промежуточные преобразователи служат для преобразования сигналов первичных преобразователей с целью обеспечения возможности их дальнейшей регистрации. В качестве таких устройств можно рассматривать различные схемы включения первичных преобразователей, схемы дифференцирования и интегрирования, усилители, фильтры, демодуляторы, пороговые устройства, преобразователи частоты и др.

Дата добавления: 2014-01-15