Масштабні вимірювальні перетворювачі

Масштабні вимірювальні перетворювачі змінюють значення величин струмів, напруг, потужностей в задане число разів із заданою точністю. Їх поділяють на пасивні ( шунти, резистори додаткові, подільники напруги, атенюатори, вимірювальні трансформатори струму та напруги), та активні (вимірювальні підсилювачі).

1. Шунти постійного або змінного струмузастосовуються для розширення межі вимірювання струму вимірювальних приладів. Шунт постійного струму - це манганінові стрижні або пластини, які впаюються в латунні, мідні або бронзові наконечники (рис. 6.2,а), зі струмовими (більш масивними) та потенціальними затискачами. Струмовими затискачами шунт вмикається в розрив кола вимірюваного струму; вимірювальний магнітоелектричний прилад приєднується до потенціальних затискачів паралельно до шунта.

Опір шунта R_ш мусить бути таким, щоб струм у вимірювальному приладі не перевищував його номінального значення І_ном . Згідно з рис. 6.2,б струм в вимірювальному приладі .

Рис. 6.2. Схеми вмикання:

а - шунта; б - амперметра з однією межею;

рис. 6.2,б струм у вимірювальному приладі

звідки

, (6.1)

де - опір вимірювального приладу і шунта відповідно; - вимірюваний струм; - коефіцієнт шунтування (показує у скільки разів розширюється межа вимірювання струму).

Шунти бувають індивідуальними і каліброваними: перші придатні лише для приладу, який з ними градуювався. Точного припасування такі шунти звичайно не потребують. Другі мають певний номінальний спад напруги (45, 75, 100, 150 або 300 мВ) і придатні для вмикання до будь-якого приладу, що має таку саму межу вимірювання і опір відповідно до формули (6.1).

Шунти постійного струму застосовують лише з магнітоелектричними приладами (у них мала чутливість та значне споживання потужності). Шунти змінного струму знаходять застосування для вимірювання дуже великих змінних струмів (до 500 кА) частотою 50 Гц, струмів до 10 кА підвищених частот (до 20 кГц) та імпульсних струмів до 1000 кА.

Рис. 6.3. Схема магнітоелектричного вольтметра

2.Додаткові резистори застосовують для розширення межі вимірювання напруги електромеханічних вольтметрів (і ватметрів). Він вмикається послідовно з вольтметром (рис. 6.3). Його опір Rд вибирається таким, щоб струм повного відхилення вказівника вольтметра не перевищував його номінального значення .

Значення опору визначається за формулою

. (6.2)

де - коефіцієнт додаткового опору (множник шкали).

Виготовляють додаткові резистори з ізольованого манганінового дроту і розміщують у корпусі приладу (при напруги до 600...1000В), або поза приладом. Зовнішні додаткові резистори поділяють на індивідуальні та калібровані. Їх класи точності: 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0.

3.Подільники напруги застосовують для зміни меж вимірювання напруги електронних приладів (вольтметрів тощо). Вони можуть входити до складу приладу або використовуватися як самостійні перетворювачі одного значення напруги в інше. Подільники виконують на резисторах, конденсаторах, рідше на котушках індуктивності. Резисторні подільники напруги застосовуються на частотах до 1 МГц. Вони можуть бути з однією межею вимірювання (рис. 6.4,а) або з декількома межами вимірювань (рис. 6.4,б), високоомні та низькоомні.

Для усунення частотної похибки, обумовленої паразитними ємностями,

Рис. 6.4. Схеми подільників напруги: а - з фіксованим коефіцієнтом ділення;

б - зі східчастим діленням; в - компенсований; г - ємнісний

резистори шунтують конденсаторами (рис. 6.4,в). Якщо виконується умова подільник напруги є частотно-незалежним. Односхідчасті подільники напруги на мікродротових резисторах з елементами частотної компенсації мають частотну похибку близько десятих часток відсотка в діапазоні звукових частот, на не дротових резисторах вона досягає 1...2 %.

Подільники напруги на конденсаторах (рис. 6.4,г) мають постійний коефіцієнт ділення в широкому діапазоні частот (до кількох сотень мегагерц).. Використання ємнісних подільників обмежене, оскільки їх вхідний і вихідний опори змінюються залежно від частоти вхідної напруги.

4.Атенюатори призначаються для ослаблення в потрібне число разів електричних напруги, струму та потужності, яка надходить від джерела живлення до навантаження. Атенюатор – це чотириполюсник, вхідний опір якого (на відміну від подільника напруги) не змінюється в процесі регулювання коефіцієнта ослаблення, якщо опір навантаження постійний. У діапазоні частот до 3 ГГц широко застосовуються резисторні атенюатори. Резисторний атенюатор складається з декількох П- чи Т-подібних ланок (рис. 6.5). Атенюатори можуть бути несиметричними (рис. 6.5,а,б,в) і симетричними (рис. 6.5,г,д,є) відносно корпусу. Зміна затухання атенюатора здійснюється зміною затухання ланок, застосуванням схеми ланцюгового вмикання або перемикання ланок.

5.Вимірювальні трансформатори призначаються для перетворення миттєвих значень змінних струму та напруги в задане число разів та розширення меж вимірювання електромеханічних приладів (амперметрів, вольтметрів тощо). Він являє собою замкнутий сердечник з листової електротехнічної сталі, на якому розміщені ізольовані одна від одної первинна і вторинна обмотки. Сердечники вимірювальних

Рис. 6.5. Схеми атенюаторів: а, б, в - несиметричні; г, д, є - симетричні

трансформаторів високого класу точності виконуються з матеріалів з високою магнітною проникністю.

6.Трансформатори струму (ТС)призначені для перетворення великих змінних значень струмів (до 60 кА) до стандартного значення 5, 2 або 1 А, а трансформатори напруги (ТН) - для перетворення високих значень напруг (220...400000 В) до стандартного значення 100 В або В.

Первинна обмотка ТС вмикається у вимірювальне коло послідовно, а первинна обмотка ТН - паралельно навантаженню Z_н (рис. 6.6). До затискачів вторинної обмотки трансформатора струму вмикається амперметр і струмові обмотки ватметрів, лічильників електричної енергії, фазометрів, а до вторинної обмотки трансформатора напруги - вольтметр та кола напруги двохобмоткових приладів. Позначки затискачів первинної та вторинної обмоток трансформаторів наведені на рис. 6.6: струму Л1(початок),Л2 (кінець) -И1 (початок),И2 (кінець). а напруги А, Х, -а, х відповідно.

Електрична ізоляція первинної і вторинної обмоток трансформаторів та заземленням їх корпусів і вторинних обмоток забезпечують обслуговуючому персоналу безпеку роботи з вимірювальними приладами.

Основними характеристиками вимірювальних трансформаторів

Рис. 6.6. Схеми вмикання трансформатора напруги

і трансформатора струму у вимірювальні кола

вважаються номінальні СКЗ первинних і вторинних напруг та струмів, номінальна частота, номінальна потужність і клас точності.

Коефіцієнт трансформації трансформатора напруги , або струму - це відношення СКЗ напруги , струму первинної обмотки до СКЗ напруги ,або струму вторинної обмотки відповідно.

Оскільки точні значення дійсних коефіцієнтів трансформації невідомі, користуються номінальними коефіцієнтами трансформації, які визначаються як відношення номінальних СКЗ струмів і напруг первинної і вторинної обмоток трансформаторів:; . Для даного трансформатора k _uном або k _iном вважається величиною сталою і указується на щитках трансформаторів у вигляді дробу:

і т.д.

Переносні (лабораторні) трансформатори струму мають класи точності 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2, а стаціонарні трансформатори струму - класи точності 0,5; 1,0; 3,0; 10,0. Трансформатори напруги мають класи точності 0,05; 0,1; 0,2; 1,0; 3,0.

Особливості трансформаторів. Д о вторинної обмотки трансформатора струму вмикаються прилади, опір струмових кіл яких складає частки ома або декілька омів. Тому такий трансформатор працює в режимі, близькому до короткого замикання (КЗ). Небезпечним режимом роботи трансформатора струму є холостий хід (ХХ). Навантаження трансформатора напруги (вольтметри, паралельні кола двохобмоткових приладів) навпаки високоомне. Тому трансформатори напруги працюють у режимі, близькому до холостого ходу. Аварійним режимом для трансформатора напруги є коротке замикання. Якщо вмикання плавких запобіжників у вторинне коло трансформатора струму недопустиме, то вмикання плавких запобіжників у вторинне коло трансформатора напруги обов’язкове.

Для уберігання вимірювальних приладів і обслуговуючого персоналу на випадок пробою ізоляції між первинною і вторинною обмотками один із затискачів вторинної обмотки трансформаторів струму і напруги з’єднують з корпусом трансформатора і заземляють.

Дата добавления: 2014-10-15