LCT_MES3 (Теоретическая механика лекции из МАИ (ворд)), страница 5

4.8.2. Шунты

Схема соединения однопредельного амперметра с шунтом показана на рис. 33. Шунт имеет четыре зажима. Пара зажимов называются токовыми зажимами, к ним подключается линия с измеряемым током. Два других зажима - потенциальные, к ним подключается амперметр, собственное сопротивление которого показано на рисунке и обозначено через . Потенциальные зажимы жестко соединены между определенными точками шунта путем сварки или другими методами, обеспечивающими высокую стабильность расположения этих точек и пренебрежимо малое и стабильное переходное сопротивление от этих точек к потенциальным зажимам. Непосредственное присоединение амперметра к токовым зажимам недопустимо, поскольку в этом случае нестабильность сопротивления контактов в токовых зажимах из-за различных усилий при винтовом соединении, из-за попадания грязи и пыли при большой силе тока будет вызывать соответствующую нестабильность падения напряжения на этих контактах и погрешность измерения, которая не может быть гарантирована изготовителями амперметра и шунта и не может быть определена при измерении.

Сопротивление шунта между точками присоединения потенциальных зажимов обозначено через .

Пусть - ток полного отклонения стрелки, соответствующий верхнему пределу диапазона измерения амперметра А, 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.

В нормативной и сопроводительной документации на шунты указываются следующие метрологические характеристики шунтов:

- номинальное падение напряжение на шунте при максимальном значении силы тока в диапазоне измерения из следующего стандартного ряда: 10 мВ, 45 мВ, 75 мВ,

- 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 (основным источником погрешности является погрешность воспроизведения масштабного коэффициента К, которая порождает мультипликативную составляющую инструментальной погрешности, см. п. 3.1.3),

- пределы допускаемой дополнительной погрешности.

В документации на шунты, предназначенные для работы на переменном токе, указывается частотный диапазон, в котором их основная погрешность не превышает нормированный предел.

Для обеспечения совместимости шунта с амперметром в документации на амперметр и, как правило, на его шкале указывается падение напряжения на внутреннем сопротивлении амперметра при токе полного отклонения стрелки из ряда 10 мВ, 45 мВ, 75 мВ.

4.8.3. Добавочные сопротивления

Для расширения пределов измерения напряжения могут использоваться делители напряжения и добавочные сопротивления. Однако, из-за того, что делитель напряжения должен потреблять от объекта ток, превышающий ток собственного потребления вольтметра, на практике для расширения пределов измерения вольтметров применяют добавочные сопротивления. Исключение составляет только электростатический вольтметр, который практически не потребляет ток, и с ним могут использоваться делители напряжения, составленные из активных сопротивлений или конденсаторов.

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.

Для обеспечения совместимости добавочного сопротивления и вольтметра, к которому оно подключается, в документации на вольтметр и, как правило, на его шкале указывается ток полного отклонения стрелки. Подходящее добавочное сопротивление подбирается по следующим признакам:

- по коэффициенту расширения предела измерения ,

- по максимально допустимому току через , который не должен быть меньше, чем , чтобы добавочное сопротивление не перегревалось этим током,

- по характеристикам инструментальной погрешности созданного таким образом нового вольтметра, которая будет складываться из собственной погрешности вольтметра и погрешности добавочного сопротивления, в том числе, возникающей в результате перегрева протекающим по нему током.

С учетом изложенного в документации на добавочное сопротивление приводятся следующие метрологические характеристики:

- номинальное значение сопротивления,

- предел допускаемой основной относительной погрешности (поскольку, по аналогии с п. 4.8.2, аддитивная составляющая пренебрежимо мала по сравнению с мультипликативной),

- максимально допустимое значение силы тока,

- предел допускаемой дополнительной погрешности.

4.8.4. Измерительные трансформаторы тока

Применяются для расширения пределов измерения характеристик переменного тока. Измерительные трансформаторы тока имеют существенное преимущество перед шунтами, которое заключается в том, что при их применении отсутствует гальваническая связь между первичной обмоткой, включенной в мощную электрическую цепь объекта, и вторичной обмоткой. Разрыв этой гальванической связи способствует обеспечению безопасности персонала, снижению действия помех и облегчает выполнение необходимых соединений

во вторичной цепи. Кроме того в ограниченном частотном диапазоне коэффициент преобразования (масштабирования) определяется только отношением числа витков обмоток трансформатора и мало зависит от внешних влияющих факторов. Схема включения измерительного трансформатора тока в линию с измеряемым током и присоединения амперметра ко вторичной обмотке представлена на рис. 34. На этом рисунке - зажимы первичной обмотки трансформатора, к которым подключена линия, - зажимы вторичной обмотки, к которым подключается амперметр, К - ключ, замыкающий вторичную обмотку.

Как известно, опасным режимом для трансформатора тока является режим холостого хода, при котором на вторичной обмотке развивается высокое напряжение, и возможен пробой изоляции. Напротив, благоприятным режимом для трансформатора тока является режим короткого замыкания вторичной обмотки. В связи с этим чрезвычайно важно выполнять следующие правила включения трансформатора тока с амперметром в линию.

Перед включением первичной обмотки в линию вторичная обмотка обязательно должна быть замкнутой на амперметр или ключем К, показанным на рис. 34. Если обмотка была замкнута ключем, то его можно разомкнуть для работы только тогда, когда включен амперметр и проверена целостность его цепи и качество контактов в местах присоединений.

Как уже было сказано, коэффициент преобразования трансформатора тока в ограниченном диапазоне частот равен отношению числа витков обмоток трансформатора и может быть как больше, так и меньше единицы.

Особенностью измерительного трансформатора тока является также то, что в отличие от других трансформаторов тока он имеет нормированные метрологические характеристики:

- пределы изменения силы тока первичной обмотки, подлежащего измерению,

- предел измерения амперметра, включаемого во вторичную обмотку,

- предел допускаемой основной относительной погрешности по амплитуде,

- предел допускаемой основной погрешности по фазе,

- предельные значения сопротивления нагрузки во вторичной обмотке, при которых инструментальные погрешности трансформатора не превышают норм, установленных на основные погрешности

- пределы допускаемых дополнительных погрешностей,

- частотный диапазон, в котором инструментальные погрешности трансформатора не превышают норм, установленных на основные погрешности.

4.8.5. Измерительные трансформаторы напряжения

Измерительные трансформаторы напряжения применяются для расширения пределов измерения характеристик переменного напряжения. Применение измерительных трансформаторов напряжения дает те же преимущества перед применением добавочных сопротивлений, что и применение трансформаторов тока (п. 4.8.4). В ограниченном частотном диапазоне коэффициент преобразования (масштабирования) определяется только отношением числа витков обмоток трансформатора и практически не зависит от действия внешних влияющих факторов. С увеличением частоты сверх этого диапазона начинают расти погрешности передачи амплитуды и фазы измеряемого напряжения. Схемы соединений трансформатора напряжения с участком электрической цепи и с вольтметром во вторичной обмотке особенностей не имеют.

Измерительный трансформатор напряжения отличается от других трансформаторов напряжения тем, что он имеет следующие нормированные метрологические характеристики:

- 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,

- предельные значения сопротивления нагрузки во вторичной обмотке, при которых инструментальные погрешности трансформатора не превышают норм, установленных на основные погрешности

- пределы допускаемых дополнительных погрешностей,

- частотный диапазон, в котором инструментальные погрешности трансформатора не превышают норм, установленных на основные погрешности.

4.8.6. Правило выбора пределов измерения

При выборе пределов измерения аналоговых приборов следует иметь в виду, что из нормы, установленной на их инструментальную погрешность, как на приведенную к максимальному значению в диапазоне измерения (см. п. 3.5.5), следует, что потребителю даются гарантии только в том, что вне зависимости от истинного значения измеряемой величины в любой точке шкалы

,