Как расширить пределы измерения электроизмерительных приборов
Перейти к содержимому

Как расширить пределы измерения электроизмерительных приборов

  • автор:

5. Расширение пределов измерений амперметров и вольтметров

Расширение предела измерения амперметра производится с помощью шунта. Шунт – это резистор, подключенный параллельно зажимам амперметра в цепь измеряемого тока и обладающий малым омическим сопротивлением (рис.1.1).

Рис. 1.1. Схема включения шунта

Сопротивление шунта рассчитывается следующим образом.

, (1.8)

где ,– расширенный предел измерения,– исходный предел измерения амперметра;– внутреннее сопротивление амперметра;n – коэффициент расширения предела измерений.

Расширение предела измерения вольтметра производится с помощью добавочного резистора.

Добавочным называется резистор, включенный последовательно с вольтметром и обеспечивающий расширение предела измерения напряжения (рис.1.2).

Рис. 1.2. Схема включения добавочного резистора

Значение сопротивления добавочного резистора определяется по формуле

, (1.9)

где ; – расширенный предел измерения; – исходный предел измерения вольтметра;RV внутреннее сопротивление вольтметра; m – коэффициент расширения предела измерений.

6. Примеры решения задач

Задача 1.1. Выразить значения ФВ в дольных и кратных единицах:

а) тока 0,05 А и 0,086 мА в микроамперах,

б) частоты 410 8 Гц и 250 кГц в мегагерцах.

Решение. Используя множители, соответствующие кратным и дольным единицам физических величин, выразим:

а) I = 0,05 А = 5010 3 10 -6 А= 5010 3 мкА;

I = 0,086 мА= 8610 -6 А = 86 мкА;

б) f = 410 8 Гц = 40010 6 Гц = 400 MГц;

f = 250 кГц = 0,2510 6 Гц = 0,25 МГц.

Задача 1.2. Показания прибора равны Uпок = 73,7538 В. Абсолютная погрешность СИ составляет ∆ = ±2,623 В. Записать правильно результат измерений.

Решение. В соответствии с правилами округления произведем округление значения абсолютной погрешности. Первая значащая цифра – «2», поэтому необходимо оставить две значащих цифры, причем округление выполняем в сторону увеличения абсолютного значения (модуля), то есть

Число, выражающее результат измерений, округляем до того же десятичного знака, что и округленное значение абсолютной погрешности. При этом, так как округляемая цифра равна «5», но за ней следуют цифры отличные от нуля, то последнюю сохраняемую цифру увеличиваем на «1», то есть.

Правильная запись результата:

Задача 1.3. При измерении напряжения сигнала стрелка вольтметра установилась на отметке 50 В. Вольтметр имеет равномерную шкалу от 0 до 100 В. Класс точности прибора – 1,0. Определить максимальные значения абсолютной, относительной и приведенной погрешностей вольтметра. Считая, что погрешность измерения полностью определяется погрешностью средства измерения, записать результат измерения.

Решение. Класс точности вольтметра (согласно таблице 1.5) соответствует пределу допускаемой приведенной погрешности, то есть .

По определению , следовательно,.

При равномерной шкале и нулевой отметке на краю диапазона измерений нормирующее значение XN определяется верхним пределом измерения (100 В).

Тогда .

Исходя из определения относительной погрешности,

Результат измерения: Ux = 50,0 В  1,0 В или Ux = (50,0  1,0) В.

Задача 1.4. Решить задачу 1.3, если класс точности вольтметра

Другие условия задачи сохраняются.

Решение. При указанном обозначении класс точности соответствует пределу допускаемой относительной погрешности, то есть

Так как , то,

где X − значение измеренного вольтметром напряжения.

.

Результат измерения: Ux = 50,0 В  0,5 В.

Задача 1.5. Решить задачу 1.3, если класс точности вольтметра обозначается. Другие условия задачи сохраняются.

Решение. При указанном обозначении класса точности

=

Абсолютная погрешность равна .

,

Результат измерения Ux= 50,000 В  0,015 В.

Задача 1.6. Определить сопротивление шунта Rш к миллиамперметру со шкалой 050 мА и внутренним сопротивлением RA = 100 Ом для расширения предела измерения до 800 мА.

Решение. Сопротивление шунта определяется по формуле

,

где – расширенный предел измерения, – исходный предел измерения миллиамперметра.

Подставив численные значения, получим

.

Задача 1.7. Определить добавочное сопротивление к милливольтметру со шкалой 030 мВ и сопротивлением Rд = 25 кОм для расширения его предела измерений до 6 В.

Решение. Добавочное сопротивление определяется по формуле

,

где ;Uпp – расширенный предел измерения, UV – исходный предел измерения милливольтметра.

Подставив численные значения, получим

Задача 1.8. Определить внутреннее сопротивление амперметра методом вольтметра-амперметра, если: вольтметр В7-15 с классом точности 2,5 показал 15 В на пределе 30 В; амперметр с классом точности 1,5 показал 30 мА на пределе 50 мA. Оценить относительную погрешность косвенного метода измерения сопротивления данным методом.

Решение: Рассчитать сопротивление исследуемого прибора, зная значения силы тока и напряжения, можно по закону Ома

.

Подставив численные значения, получим

.

Погрешность измерений при косвенном измерении определяется погрешностью измерения значения напряжения и силы тока

,

где δA – относительная погрешность измерения тока; δV – относительная погрешность измерения.

Расчет относительной погрешности измерения напряжения вольтметром

; ;

.

Расчет относительной погрешности измерения тока амперметром

Искомая погрешность равна

Как расширить пределы измерения приборов в цепях переменного тока

Для расширения пределов измерения переменного тока у амперметров и других приборов, имеющих токовые обмотки (счетчики, фазометры, ваттметры и т. д.), применяют измерительные трансформаторы тока. Они состоят из магнитопровода, одной первичной и одной или нескольких вторичных обмоток.

Первичная обмотка трансформатора тока Л1 — Л2 включается последовательно в цепь измеряемого тока, во вторичную обмотку И1 — И2 подключается амперметр или токовая обмотка другого прибора.

Вторичная обмотка трансформатора тока выполняется обычно на ток 5 А. Встречаются также трансформаторы с номинальным вторичным током в 1 А и 10 А. Первичные номинальные токи могут быть от 5 до 15 000 А.

Измерительные трансформаторы тока

При включенной первичной обмотке Л1 — Л2 вторичная обмотка И1 — И2 должна быть обязательно замкнута на токовую обмотку прибора или закорочена. В противном случае во вторичной цепи возникает большая электродвижущая сила (1000 — 1500 В), опасная для жизни людей и изоляции вторичной обмотки.

У трансформаторов тока один конец вторичной обмотки и кожух заземляются.

Измерительный трансформатор тока выбирают по следующим данным:

а) по номинальному первичному току,

б) по номинальному коэффициенту трансформации. Он указан в паспорте трансформатора в виде дроби: в числителе — номинальный первичный ток, в знаменателе — номинальный вторичный ток, например, 100/5 А, т. е. кт = 20,

в) по классу точности, который определяется величиной относительной погрешности при номинальной нагрузке. При увеличении нагрузки вторичной цепи трансформатора тока выше номинальной погрешности сильно возрастают. По степени точности трансформаторы тока делятся на пять классов: 0,2, 0,5, 1,0, 3,0, 10. Для уменьшения погрешности, вносимой трансформатором тока в процессе измерения, необходимо вторичную цепь трансформатора тока выполнять проводами относительно большого сечения и по возможности меньшей длины,

г) по номинальному напряжению первичной цепи.

Измерительные трансформаторы тока

Трансформаторы тока имеют сокращенные обозначения: Т — трансформатор тока, П — проходной, О — одновитковый, Ш — шинный, К — катушечный, Ф — с фарфоровой изоляцией, Л — с изоляцией из синтетической смолы, У — усиленный, В — встроенный в выключатель, Б — быстронасыщающийся, Д, 3 -наличие сердечника для защиты дифференциальной и от коротких замыканий, К — для схем компаундирования синхронных генераторов, А — с алюминиевой первичной обмоткой.

Измерительные трансформаторы напряжения

Измерительные трансформаторы напряжения

Измерительные трансформаторы напряжения применяют для расширения пределов измерения напряжения у вольтметров и других приборов, имеющих обмотки напряжения (счетчики, ваттметры, фазометры, частотомеры и т. д.).

Первичная обмотка трансформатора А — Х включается параллельно под полное напряжение сети, вторичная обмотка а-х присоединяется к вольтметру или обмотке напряжения более сложного прибора.

Все трансформаторы напряжения обычно имеют вторичное напряжение 100 В. Номинальные мощности трансформаторов напряжения 200 — 2000 ВА. Чтобы избежать ошибок при измерениях, к трансформатору необходимо подключить такое количество приборов, при котором потребляемая прибором мощность в сумме не была бы выше номинальной мощности трансформатора.

Опасным режимом для трансформатора напряжения является замыкание накоротко зажимов вторичной цепи, так как в этом случае возникают большие сверхтоки. Для защиты трансформатора напряжения от сверхтоков в цепи первичной обмотки устанавливают предохранители.

Измерительные трансформаторы напряжения выбирают но следующим данным:

Измерительные трансформаторы напряжения

а) по номинальному напряжению первичной сети, которое может быть равным 0,5, 3,0, 6,0, 10, 35 кВ и т. д.,

б) по номинальному коэффициенту трансформации. Он обычно указан на паспорте трансформатора в виде дроби, в числителе которой указано напряжение первичной обмотки, в знаменателе — напряженке вторичной обмотки, например, 3000/100, т. е. Кт=30,

в) по номинальному вторичному напряжению,

г) по классу точности, который определяется величиной относительной погрешности при номинальной нагрузке. Трансформаторы напряжения делятся на четыре класса точности: 0,2, 0,5, 1,0, 3,0.

Трансформаторы напряжения бывают сухие или маслонаполненные, однофазные и трехфазные. При напряжении до 3 кВ они выполняются с сухим (воздушным) охлаждением, свыше 6 кВ — с масляным охлаждением.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Расширение пределов измерения тока и напряжения

Простейшими вольтметрами и амперметрами (а точнее, милливольтметрами и микроамперметрами) могут служить рассмотренные приборы, снабжённые входными зажимами для подключения к объектам измерения.

Такое применение приборов позволяет измерять напряжения в диапазоне до нескольких десятков милливольт и токов — до нескольких миллиампер. Исключение составляют специальным образом выполненные приборы электромагнитной системы, позволяющие непосредственно измерять силу тока в несколько сотен ампер, и вольтметры электростатической системы.

Для расширения пределов измерения напряжения применяют добавочные резисторы, делители напряжения, а на переменном токе — измерительные трансформаторы напряжения.

Для расширения пределов измерения силы тока применяют шунты, а на переменном токе — измерительные трансформаторы тока.

Схема электромеханического вольтметра любой системы (кроме электростатической) на несколько пределов измерения приведена на рис. 3.9.

Вольтметр состоит из электромеханического прибора и добавочных резисторов с коммутирующим устройством. Сопротивления добавочных резисторов вольтметров на схеме рис. 3.9, а вычисляют по формуле

а вольтметров по схеме рис. 3.9, б- по формулам

где Unpj — /-й верхний предел измерения вольтметра;

Дц, — сопротивление добавочного резистора соответствующего предела измерения;

/и — ток предельного (полного) отклонения указателя измерительного прибора;

ги — сопротивление рамки (катушки) измерительного прибора.

На постоянном токе делители напряжения выполняют из активных резисторов (рис. 3.10, а), а на переменном токе — из активных резисторов или конденсаторов (рис. 3.10, б). Последние применяются с вольтметрами переменного тока.

Расширение пределов измерения напряжения

Рис. 3.9. Расширение пределов измерения напряжения

Схема делителей напряжения

Рис. 3.10. Схема делителей напряжения: а — активного; б — емкостного

Напряжение на выходе активного делителя напряжения (рис. ЗЛО, а) при выполнении условия RBX» R2

где ки коэффициент передачи напряжения делителя.

При относительно невысоком входном сопротивлении вольтметра (RBX всего в несколько раз больше R2) коэффициент передачи напряжения зависит от RBX.

Чтобы учесть влияние входного сопротивления вольтметра, в формулу (3.38) нужно вместо R2 подставить эквивалентное сопротивление, полученное параллельным соединением R2 и RBX.

Коэффициент передачи ёмкостного делителя напряжения (рис. 3.10, б) при условии, что входная ёмкость вольтметра Свх « С2 и активная составляющая входного сопротивления RBX » [1 / соС2], определяется выражением

и расчёт ёмкостей делителя производится аналогично расчету сопротивлений резисторов активного делителя напряжения.

Если же общая ёмкость делителя напряжения не может быть относительно большой и ёмкость делителя С2 оказывается соизмеримой со входной ёмкостью вольтметра Свх, то расчёт делителя напряжения ведется с учётом ёмкости Свх или сама ёмкость Свх считается ёмкостью делителя С2.

Для расширения пределов измерения приборов по току применяются шунты, представляющие собой резистор, параллельно которому подключается рамка (или катушка) прибора (рис. 3.11, а).

Схемы расширения пределов

Рис. 3.11. Схемы расширения пределов

Сопротивление шунта определяется по формуле

где Яш сопротивление шунта;

ги — сопротивление рамки (катушки) измерителя;

/и — ток полного отклонения измерителя;

п = /пр / /и — коэффициент расширения пределов измерения;

Лтр — рассчитываемый предел измерения амперметра.

Рассчитанное сопротивление шунта должно быть обеспечено между потенциальными зажимами шунта. В измеряемую цепь амперметр включают токовыми зажимами Т. Подключение измерителя к токовым зажимам приводит к резкому возрастанию погрешностей измерения и может вывести измеритель из строя, так как из-за возможного плохого контакта провода цепи с шунтом через обмотку измерителя может пойти ток, многократно превышающий ток полного отклонения измерителя.

Наряду с однопредельными амперметрами, выполняемыми по схеме рис. 3.11, а, широко применяют многопредельные амперметры по схеме рис. 3.11 ,б,в.

Шунты амперметра по схеме рис. 3.11, б рассчитывают по формуле (3.40). Подключение пределов измерения таких амперметров можно делать или безобрывным переключателем, или обычным после обесточивания измеряемой цепи, иначе возможны многократная перегрузка измерителя и перегорание его рамки (катушки) или токопроводящих пружин.

Многопредельный универсальный шунт (рис. 3.11, в) позволяет переключать пределы измерения без разрыва контролируемой цепи. Сопротивления его резисторов рассчитывают по формуле

где Лтр, — /-й предел измерения;

Яш/ — суммарное сопротивление резисторов, подключенных непосредственно между входными зажимами амперметра на /-м пределе измерения;

Rai суммарное сопротивление резисторов, подключенных последовательно с рамкой (катушкой) измерителя на /-м пределе измерения;

Я — общее сопротивление контура «измеритель — резисторы».

Для схемы на рис. 3.11, в:

Яш = Я + Я2 + Яз и Яд = 0 — на первом пределе измерения;

Яш2 = Я2 + Яз и Яд2 = Я — на втором;

Яшз = Я3 и Ядз = Я2 + Я — на третьем.

Расширение пределов измерения приборов непосредственной оценки

Обмотка амперметра рассчитана на небольшие токи. Для увеличения пределов измерения амперметра применяют шунты. Рисунок 11.9 поясняет вывод формулы сопротивления шунта. Обозначения на рисунке: Rm — сопротивление шунта; RA сопротивление амперметра; I — измеряемый ток; /ш — ток, протекающий через шунт; IА — максимально допустимый ток амперметра; п = П1А — коэффициент расширения пределов измерения амперметром.

В соответствии с рис. 11.9 имеем

Выведенная для Rm формула позволяет по известному сопротивлению амперметра и заданному коэффициенту расширения пределов измерения подсчитать сопротивление шунта.

Для расширения пределов измерения вольтметра применяют добавочные сопротивления, которые включают последовательно с обмоткой вольтметра (рис.

11.10). Обозначения на рисунке:

Лдоб — добавочное сопротивление; — сопротивление вольтметра; U — измеряемое

напряжение; UY — максимально допустимое напряжение вольтметра; Iv — ток, протекающий через вольтметр; m = U/UY — коэффициент расширения пределов измерения вольтметром.

В соответствии с рис. 11.10 получим

Последняя формула позволяет по заданному коэффициенту расширения пределов измерения и известному сопротивлению вольтметра найти добавочное сопротивление.

Помимо шунтов и добавочных сопротивлений в схемах переменного тока для расширения пределов измерения применяются измерительные трансформаторы, которые одновременно обеспечивают безопасность операторов при измерениях в высоковольтных цепях.

Первичная обмотка трансформатора тока включается последовательно в ветвь, где измеряется ток, а вторичная обмотка подсоединяется к зажимам амперметра.

Первичная обмотка трансформатора тока содержит один или несколько витков, вторичная обмотка — большое число витков. Для обеспечения безопасности один конец вторичной обмотки заземлен. Шкала амперметров, включаемых через трансформатор тока, рассчитана на 5 А (реже на 1 А).

Пределы измерений трансформаторами тока расширяются в к раз, где к — коэффициент трансформации.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *