Шунты и добавочные сопротивления. Назначение. Расчёт

Классификация мер. Эталоны электрических величин.

Мера – средство измерений, предназначенное для воспроизведения одного или нескольких фиксированных значений физической величины. Cредство измерения (СИ) – это техническое средство или совокупность средств, применяющееся для осуществления измерений и обладающее нормированными метрологическими характеристиками. При помощи средств измерения физическая величина может быть обнаружена и измерена.

Средства измерения классифицируются по следующим критериям:

• по способам конструктивной реализации;
• по метрологическому предназначению.

По способам конструктивной реализации средства измерения делятся на:

• меры величины;
• измерительные преобразователи;
• измерительные приборы;
• измерительные установки;
• измерительные системы.

Меры величины – это средства измерения определенного фиксированного размера, многократно используемые для измерения. Выделяют:

• однозначные меры;
• многозначные меры;
• наборы мер.

К однозначным мерам принадлежат стандартные образцы (СО). Различают два вида стандартных образцов:

• стандартные образцы состава;
• стандартные образцы свойств.

Стандартный образец состава или материала – это образец с фиксированными значениями величин, количественно отражающих содержание в веществе или материале всех его составных частей.

Стандартный образец свойств вещества или материала – это образец с фиксированными значениями величин, отражающих свойства вещества или материала (физические, биологические и др.). Каждый стандартный образец в обязательном порядке должен пройти метрологическую аттестацию в органах метрологической службы, прежде чем начнет использоваться. Стандартные образцы могут применяться на разных уровнях и в разных сферах. Выделяют:

• межгосударственные СО;
• государственные СО;
• отраслевые СО;
• СО организации (предприятия).

Измерительные преобразователи (ИП) – это средства измерения, выражающие измеряемую величину через другую величину или преобразующие ее в сигнал измерительной информации, который в дальнейшем можно обрабатывать, преобразовывать и хранить. Выделяют:

• аналоговые преобразователи (АП);
• цифроаналоговые преобразователи (ЦАП);
• аналого-цифровые преобразователи (АЦП).

Измерительные преобразователи могут занимать различные позиции в цепи измерения. Выделяют: первичные измерительные преобразователи, которые непосредственно контактируют с объектом измерения; промежуточные измерительные преобразователи, которые располагаются после первичных преобразователей.

Эталоны, обеспечивающие воспроизведение и хранение установленных гос. стандартом (ГОСТ 8.417— 81) ед. электрич. величин. В СССР в качестве первичного эталона ед. силы пост. электрич. тока (1 А) утверждены токовые весы, представляющие собой рычажные равноплечные весы, к одному из плеч к-рых подвешена катушка, коаксиально входящая в неподвижную катушку и электрически соединённая с ней последовательно. При прохождении тока по катушкам возникающая между ними сила эл.-магн. взаимодействия (притяжения) уравновешивается гирей, масса которой известна с высокой точностью. Первичный эталон ед. эдс (1 В) состоит из меры напряжения на основе Джозефсона эффекта для воспроизведения вольта абс. методом, группы из 19 термостатированных (25±0,001°С) насыщенных нормальных элементов для хранения ед. (вольта) и двух компараторов, один из которых применяется для "измерения эдс норм. элементов путём сравнения с мерой напряжения, а другой — для взаимных сличений норм. элементов и для передачи размера единицы вторичным эталонам.

Э. э. в. характеризуются номин. значением или диапазоном значений воспроизводимой ед., оценкой неисключённой систематич. и случайной погрешностей воспроизведения единицы (см. табл.).

Развитие Э. э. в. характеризуется увеличением числа воспроизводимых единиц и диапазонов воспроизводимых значений электрич. величин, повышением точности, построением эталонов на основе природных физ. констант.

При сборке, регулировке и испытании приборов требуется измерять напряжение, величину и частоту тока в электрических цепях прибора, а также сопротивление, емкость и пр. Эти измерения производятся при помощи так называемых электроизмерительных приборов — амперметров, вольтметров, омметров, частотомеров и др. Для измерения напряжения и величины постоянного тока применяются одни приборы, для измерения напряжения и величины переменного тока — другие. Имеются приборы пригодные для измерения напряжения и величины как постоянного, так и переменного тока.

Всякий измерительный прибор, в том числе и электроизмериельный, каким бы совершенным он ни был, не может абсолютно точно показывать значение измеряемой величины. Разность между показанием прибора и действительным значением измеряемой величины называется абсолютной ошибкой, или погрешностью измерения. Погрешность показаний прибора, получающаяся при так называемых нормальных условиях (температура 20°±5°С, давление 760 мм рт. ст. и т. д.) и при постукивании по прибору (для устранения влияния трения на показание прибора), называется основной ошибкой прибора. Основная ошибка, выраженная в процентах от диапазона шкалы прибора, называется классом точности прибора. Электроизмерительные приборы изготовляются следующих классов точности: 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5 и др. Класс точности указывается на циферблате прибора. Если, например, вольтметр класса точности 0,5 имеет шкалу от 0 до 50 в, то его основная ошибка не превышает

Для измерения величины тока применяют амперметры, миллиамперметры и микроамперметры в зависимости от того, как велик измеряемый ток. Один миллиампер (сокращенно ма или mA) равен одной тысячной, а один микроампер (сокращенно мка или μA) — одной миллионной доле ампера.

При измерении токов большей величины, чем те, на которую рассчитан амперметр, применяются шунты. Ш у н т — это сопротивление, которое включается последовательно в цепь измеряемого тока. Параллельно сопротивлению шунта присоединяют зажимы амперметра А (рис. 1); чтобы через амперметр прошла меньшая часть измеряемого тока, сопротивление шунта должно быть меньше сопротивления амперметра.

Рис. 1. Схема включения амперметра (без шунта и с шунтом) и вольтметра (без добавочного сопротивления и с добавочным сопротивлением). 1 — шунт; 2 — добавочное сопротивление; I — измеряемый ток; I_ш — ток, протекающий через шунт; I_a — ток, протекающий через амперметр.

Сопротивление шунта выбирают в зависимости от того, какую часть тока хотят пропустить через амперметр, Если надо, чтобы через амперметр прошел ток, в n раз меньший измеряемого тока, то сопротивление шунта

где R_А — сопротивление амперметра.

При пользовании шунтом величина измеряемого тока (см. рис. 1)

I=nI_Aб, где I_А — показание амперметра (величина тока, протекающего через амперметр).

Напряжение в зависимости от его величины измеряется вольтметрами или милливольтметрами. Один милливольт (сокращенно мв или mV) равен одной тысячной доле вольта. Для измерения напряжения переменного тока часто применяется так называемый ламповый вольтметр, имеющий несколько диапазонов измерения и обладающий большим внутренним сопротивлением. Внутреннее сопротивление вольтметра должно быть значительно больше сопротивления участка цепи, на котором измеряется напряжение, чтобы вольтметр не повлиял на распределение токов и напряжений в электрической цепи.

Если данным вольтметром требуется измерить напряжение, превышающее наибольшее напряжение, которое можно им измерять, т. е. превышающее верхний предел измерения прибора, то последовательно с вольтметром включается так называемое добавочное сопротивление. В этом случае вольтметр V с добавочным сопротивлением подключают параллельно к тем точкам цепи, напряжение между которыми необходимо измерить (см. рис. 1). Добавочное сопротивление необходимо, чтобы ток, проходящий через прибор, не превышал допустимой величины. Величина добавочного сопротивления определяется по формуле

R_Д=R_B(m-1), где R_Д — величина добавочного сопротивления; R_В — сопротивление вольтметра; m — число, показывающее, во сколько раз измеряемое напряжение превышает наибольшее напряжение, которое можно измерять данным вольтметром без добавочного сопротивления.

При пользовании добавочным сопротивлением измеряемое напряжение

U=mU_B, где U_В — показание вольтметра.

Часто для измерения напряжения и силы тока, а также величины сопротивлений применяются комбинированные электроизмерительные приборы, называемые тестерами.

Дата добавления: 2015-04-24