Средства измерений переменных токови напряжений

В основу изме­рений переменных токов и напряжении положены государствен­ный специальный эталон, воспроизводящий силу тока 0,01— 10 А в диапазоне частот 40—110 Гц (ГОСТ 8.183—76), и госу­дарственный специальный эталон, воспроизводящий напряжение 0,1 — 10 В в диапазоне частот 20—310⁷ Гц (ГОСТ 8.184—76). Точность этих эталонов зависит от размера и частоты воспроизводимых величин.

Рабочими средствами измерений переменных токов и напряжений являются амперметры (микро-, мили-, килоамперметры), вольтметры (микро-, мили-, киловольтметры), компенсаторы переменного тока, универсальные и комбинированные приборы, а также регистрирующие приборы и электронные осциллографы.

Особенностью измерений переменных токов и напряжений является то, что они изменяются во времени. В общем случае изменяющаяся во времени величина может быть полностью представлена мгновенными значениями в любой момент времени. Переменные во времени величины могут быть также охарактери­зованы своими отдельными параметрами (например, амплиту­дой) или интегральными параметрами, в качестве которых ис­пользуют действующее значение

, (8.1)

средневыпрямленное значение

(8.2)

и среднее значение

, (8.3)

где x{t) — изменяющаяся во времени величина.

Таким образом, при измерении переменных токов и напряжений могут измеряться их действующие, амплитудные, средневыпрямленные, средние и мгновенные значения. В практике электрических измерений чаще всего приходится измерять синусоидальные переменные токи и напряжения, которые обычно характеризуются действую­щим значением. Поэтому подавляющее большинство средств измерений переменных токов и напряжений градуируются в дей­ствующих значениях для синусоидальной формы кривой тока или напряжения.

Измерения действующих значений переменных токов и на­пряжений осуществляют различными средствами измерений, наиболее распространенные из которых приведены в приложении Е (таблицы ЕЗ и Е4). Сравнение этих таблиц с таблицами Е1 и Е2 показывает, что наименьшие верхние пределы измерений переменных токов и на­пряжений на несколько порядков больше, чем постоянных. Это объясняется тем, что воздействия внешнего переменного магнит­ного поля и паразитных резистивно-емкостных связей, отмечен­ные в [9], особенно сильно влияют при измерении переменных величин. Следует иметь в виду, что цифры, приведенные в таблицах Е3 и Е4, характеризуют предельные возможности различных приборов. При этом нельзя однозначно связывать, цифры, характеризующие верхние пределы диапазона измерений, с цифрами, характеризующими частотный диапазон. Связь меж­ду диапазоном измеряемых величин и частотным диапазоном для разных средств измерений разная. Однако можно указать общую закономерность: с увеличением значения измеряемой величины верхняя граница частотного диапазона, как правило, уменьшается. При этом наблюдается и другая закономерность, отмеченная ранее: с увеличением частоты погрешность измерений увеличива­ется.

Измерения средневыпрямленных и амплитудных Х_т зна­чений синусоидальных токов и напряжений трудностей не вызы­вают, так как эти значения однозначно связаны с действующим значением X синусоиды: = Х/1,11 и Х_т =. Погрешность от изменения формы кривой токов и напряжений у этих приборов тем меньше, чем шире их частотный диапазон.

Среднее значение переменного тока или напряжения характе­ризует постоянную составляющую, содержащуюся в измеряемом токе или напряжении. Для измерений средних значений переменных токов и напряжений обычно применяют магнитоэлектриче­ские приборы.

Мгновенные значения переменных токов и напряжений изме­ряют регистрирующими приборами и электронными осциллографами. Следует иметь в виду, что по мгновенным значениям можно определить и другие значения токов и напряжений (средние, средневыпрямленные, действующие, амплитудные).

Отметим некоторые особенности измерений токов и напряже­ний в трехфазных цепях. В общем случае в несимметричных трехфазных цепях число необходимых средств измерений токов и напряжений соответствует числу измеряемых величин, если каждая измеряемая величина измеряется своим прибором. При измерениях в симметричных трехфазных цепях достаточно про­извести измерение тока или напряжения только в одной линии (фазе), так как в этом случае все линейные (фазные) токи и на­пряжения равны между собой. Связь между линейными и фазными токами и напряжениями зависит от схемы включения нагрузки. Известно, что для симметричных трехфазных цепей эта связь определяется соотношениями: и при соедине­нии нагрузки звездой и и при соединении на­грузки треугольником.

В несимметричных трехфазных цепях при измерении токов и напряжений с помощью измерительных трансформаторов можно сэкономить на количестве исполь­зуемых измерительных трансформаторов. Для примера на рисунке 8.1, а приведена схема измерений трех линейных токов с ис­пользованием двух измерительных трансформаторов тока, а на рисунке 8.1, б — аналогичная схема измерений линейных напряжений.

Рисунок 8.1 – Схема для измерения токов (а) и напряжений (б)

в трехфазной цепи

Эти схемы основаны на известных соотношениях для трехфазных цепей: и . В схеме измерений токов токи и измеряются амперметрами А1 и А2 с учетом коэффициентов трансформации Ки К измерительных транс­форматоров тока, т. е. и . Амперметр А3 вклю­чен таким образом, что через него течет сумма токов, т. е. . Если К+ К, то . Так как знак «минус» означает изменение фазы тока, а показания амперметров, как известно, не зависят от фазы измеряемого тока, то, следовательно, по показанию амперметра А3 можно опреде­лить ток .

Схема для измерений линейных напряжений рабо­тает аналогично.

Дополнительную информацию по теме можно получить в [4,6,8,9,12,13].

Дата добавления: 2014-01-04