Как расширить пределы измерения электроизмерительных приборов

Измерительные трансформаторы 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.

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.

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 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:

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.

Методические указания

К лабораторной работе

«Изучение электроизмерительных приборов.

Расширение пределов измерения электроизмерительных приборов»

Ульяновск 2008 г.

Печатается по решению

совета УлГПУ им. И.Н.Ульянова

Самохина С.С.Методические указания к лабораторной работе «Изучение электроизмерительных приборов. Расширение пределов измерения электроизмерительных приборов».- Ульяновск : УлГПУ им. И.Н.Ульянова, 2008.- 30с.

Методическое пособие содержит краткую теорию по теме лабораторной работы. Включает 3 задания ( расчет шунта к амперметру, добавочного сопротивления к вольтметру, изготовление омметра). Содержит указания к выполнению заданий, краткое описание используемых в работе измерительных устройств, контрольные вопросы, приложение. В приложении описывается принцип действия электроизмерительных приборов различного назначения.

Методическое руководство предназначено для студентов физико-математического факультета.

Составитель – кандидат педагогических наук, доцент С.Самохина

Ответственный за выпуск – кандидат физико-математических наук, доцент Ю.Н.Кудрявцев

Рецензент – ст. преподаватель В.Д. Рябинова

Ульяновский государственный педагогический

университет им. И.Н.Ульянова, 2007.

Изучение электроизмерительных приборов.

Методы расширения пределов измерения электроизмерительных приборов

Цели работы: 1. Ознакомиться с методами расширения пределов электроизмерительных приборов;

2. Рассчитать шунт для амперметра и дополнительное сопротивление для вольтметра, проградуировать приборы.

3. Изготовить омметр и провести измерение сопротивлений с его помощью

Приборы: 1.Гальванометр (миллиамперметр 50-100-200 мА);

4. Реостат (30 Ом);

5. Магазин сопротивлений типа Р-33;

6. Источник напряжения (типа ВС-24);

7. Проволока для изготовления шунта (медь);

8. Масштабная линейка;

Примечание: Технические характеристики приборов записать в рабочую тетрадь

Введение

Электрические измерения

Средства измерений – это особые технические средства, приводимые во взаимодействие с материальным объектом. Результатом измерений является значение физической величины. Физические величины подразделяют на непрерывные (аналоговые) и дискретные (квантованные). Большинство физических величин являются аналоговыми (напряжение, сила тока, температура, длина и т.д.). Квантованной величиной является, например, электрический заряд.

Измерительный прибор – средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для непосредственного восприятия наблюдателем.

Существуют следующие основные группы средств для измерения электрических , магнитных и неэлектрических физических величин:

– аналоговые электромеханические и электронные приборы

-цифровые измерительные приборы и аналого-цифровые преобразователи

-измерительные преобразователи электрических и неэлектрических величин в электрические сигналы

-регистрирующие приборы (самопишущие приборы, осциллографы, магнитографы и др.

-измерительные информационные системы и вычислительные комплексы и т.д.

Все приборы делятся на аналоговые измерительные приборы(например, электроизмерительный прибор с отсчетным устройством в виде стрелки, , перемещающейся по шкале с делениями) и цифровые измерительные приборы (показания представляются в цифровой форме). Цифровые снабжены цифровым дисплеем, который показывает измеренное значение величины в виде числа. Цифровые приборы более точны, более удобны при снятии показаний и, в общем, более универсальны. В них измеряемая величина (например, напряжение) автоматически сравнивается с эталонной величиной, после ряда преобразований результат сравнения выдается на экран в виде светящегося числа. Цифровые универсальные измерительные приборы («мультиметры») и цифровые вольтметры применяются для измерения сопротивления постоянному току со средней и высокой точностью, а также напряжения и силы переменного тока.

Для самых точных измерений сопротивления и полного сопротивления (импеданса) существуют измерительные мосты и другие специализированные измерители. Для регистрации хода изменения измеряемой величины во времени применяются регистрирующие приборы – ленточные самописцы и электронные осциллографы, аналоговые и цифровые. В цифровых измерительных приборах (кроме простейших) используются электронные блоки для преобразования входного сигнала в сигнал напряжения, который затем преобразуется в цифровую форму аналого-цифровым преобразователем (АЦП). Число, выражающее измеренное значение, выводится на светодиодный, вакуумный люминесцентный или жидкокристаллический индикатор (дисплей). Прибор обычно работает под управлением встроенного микропроцессора, причем в простых приборах микропроцессор объединяется с АЦП на одной интегральной схеме.

Аналого-цифровые преобразователи.Существуют три основных типа АЦП: интегрирующий, последовательного приближения и параллельный. Интегрирующий АЦП усредняет входной сигнал по времени. Из трех перечисленных типов это самый точный, хотя и самый «медленный». Время преобразования интегрирующего АЦП лежит в диапазоне от 0,001 до 50 с и более, погрешность составляет 0,1–0,0003%. Погрешность АЦП последовательного приближения несколько больше (0,4–0,002%), но зато время преобразования – от

Параллельные АЦП – самые быстродействующие, но и наименее точные: их время преобразования порядка 0,25 нс, погрешность – от 0,4 до 2%.

Измерение токов

Для непосредственного измерения тока в цепи применяются амперметры, которые включаются в цепь так, чтобы через них проходил весь измеряемый ток, т.е. последовательно тем участкам цепи, где необходимо измерить ток. Амперметр должен иметь малое сопротивление, чтобы его включение в цепь не могло заметно изменить величину тока в цепи. Существуют четыре схемы включения амперметра в цепь. Первые две (рис. 1а, 1б ) предназначены для измерения постоянного тока, а две вторые схемы ( 1в, 1г) – для измерения переменного тока.

Вторая и четвертая схемы (рис. 1б,1г) применяются в тех случаях, когда номинальные данные амперметра меньше измеряемой величины тока. В этом случае при определении истинного значения тока нужно учитывать коэффициент преобразования:

Для расширения пределов измерения амперметра параллельно ему необходимо присоединить проводник, называемый шунтом. Признаком параллельного соединения является разветвление тока. В данном случае электрический ток I, разветвляется на два тока I_Г и I_Ш

(рис. 2), где R_Г – сопротивление гальванометра (исходного амперметра), I_Г – ток, протекающий

через гальванометр (исходный амперметр), R_Ш – сопротивление шунта, I_Ш – ток, протекающий через шунт, I– ток, измеряемый амперметром с шунтом («новый» прибор).

Из закона сохранения зарядов следует, что:

(1)

Напряжение при параллельном соединении в ветвях одинаково, поэтому можно записать:

откуда следует, что

(2)

При параллельном соединении проводников токи в отдельных проводниках обратно пропорциональны их сопротивлениям, т.е. чем меньше сопротивление шунта по сравнению с сопротивлением приборов, тем большая часть измеряемого тока отводится через шунт.

Коэффициентом шунта называется число, показывающее, во сколько раз предельный ток, измеряемый амперметром с шунтом, больше предельного тока, измеряемого гальванометром (исходным амперметром) без шунта:

(3),

где n – коэффициент шунта.

Рассчитать шунт к гальванометру (исходному амперметру) – значит определить сопротивление шунта по известному сопротивлению гальванометра (исходного амперметра) и коэффициенту шунта.

Разделив обе части равенства (1)на I_Г ,получим:

(4)

Равенство (4) можно записать так:

Отсюда сопротивление шунта равно:

(5).

Таким образом, чтобы измерить амперметром в n раз больший ток, необходимо взять сопротивление шунта в (n -1) меньше сопротивления исходного амперметра.

Зная сопротивление шунта (5), можно рассчитать длину проводника для изготовления шунта по формуле:

(6),

где ρ – удельное сопротивление материала шунта,

l – длина проводника

S = π d 2 /4 – площадь поперечного сечения проводника, из которого изготовлен шунт

d – диаметр проволоки

Обычно шунты изготавливают из манганина, имеющего большое удельное сопротивление и малый термический коэффициент сопротивления.

Измерение напряжений

Для измерения напряжения в цепи применяются вольтметры, которые включаются в цепь параллельно (к тем точкам цепи, между которыми измеряется напряжение). Вольтметр должен иметь очень высокое внутреннее сопротивление, чтобы не влиять заметно на режим исследуемой цепи. Измерение напряжения производится вольтметром. Здесь также возможны четыре различных схемы подключения прибора (рис. 3 ).

В этих схемах также используются методы расширения пределов измерения напряжения (вторая и четвертая схемы рис. 3б, 3г). Для расширения предела измерения вольтметра последовательно с ним включается добавочное сопротивление R_д (рис.4).

или (7).

При последовательном соединении сила тока в проводниках одинакова:

где ,

(8).

Таким образом, чем больше добавочное сопротивление по сравнению с сопротивлением вольтметра, тем больше падение напряжения будет на R_д , а меньше – на вольтметре.

Переводным множителем называется число, показывающее во сколько раз напряжение в цепи больше предельного напряжения, на которое рассчитан исходный вольтметр:

(9),

где m – переводной множитель,

U – напряжение в цепи,

U_в – предельное напряжение, на которое рассчитан исходный вольтметр.

U_д – напряжение на добавочном сопротивлении,

R_в – сопротивление исходного вольтметра (гальванометра),

R_д – добавочное сопротивление.

R_д

U_д U_в

Разделив обе части равенства (7) на U _в, получим:

(10).

Принимая во внимание, что и ,

запишем равенство (11),

Откуда добавочное сопротивление

(12).

Это означает, чтобы измерить вольтметром в n раз большее напряжение, нужно взять добавочное сопротивление в (n-1) раз большее сопротивления вольтметра.

Проградуировать прибор – это значит определить цену деления «нового» прибора, и сопоставить его показания с показаниями контрольного прибора.

Порядок выполнения работы

Примечание: во всех трёх упражнениях данной работы используется один и тот же исходный прибор – гальванометр(миллиамперметр); из него «изготавливают» амперметр на измерение больших токов (с шунтом), вольтметр для измерения больших напряжений (с дополнительным сопротивлением), омметр.

Методические указания

К лабораторной работе

«Изучение электроизмерительных приборов.

Расширение пределов измерения электроизмерительных приборов»

Ульяновск 2008 г.

Печатается по решению

совета УлГПУ им. И.Н.Ульянова

Методическое руководство предназначено для студентов физико-математического факультета.

Составитель – кандидат педагогических наук, доцент С.Самохина

Ответственный за выпуск – кандидат физико-математических наук, доцент Ю.Н.Кудрявцев

Рецензент – ст. преподаватель В.Д. Рябинова

Ульяновский государственный педагогический

университет им. И.Н.Ульянова, 2007.

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ – конструкции, предназначенные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Студент должен

знать:

– шунты, дополнительные сопротивления, измерительные трансформаторы;

– основные параметры измерительных трансформаторов;

уметь:

– рассчитать параметры шунта;

– рассчитать параметры дополнительного сопротивления;

– выбрать измерительный трансформатор;

– рассчитать новую цену деления и определить показания прибора.

Расширение пределов измерения в цепях постоянного тока: шунты, дополнительные сопротивления, расчет, схемы подключения. Расширение пределов измерения в цепях переменного тока: измерительные трансформаторы тока и напряжения, выбор, подключение. Режимы работы измерительных трансформаторов.

Материал для изучения

Шунты.

Для расширения пределов измерения по току электроизмерительных приборов при замерах в сетях постоянного тока применяются шунты. Непосредственно, т.е. без шунтов, включают в измерительную сеть только микроамперметры и миллиамперметры, пределы измерения которых не превышают 15 – 30 мА. При больших токах весь измеряемый ток пропустить через обмотку катушки измерительного механизма нельзя. Кроме того, при больших токах возможен нагрев токопроводящих спиральных пружин и изменение их упругих свойств. Поэтому при практических измерениях токов, превышающих ток, допустимый в рамке прибора, амперметры шунтируют, т.е. включают их таким образом, чтобы через них не протекал весь измеряемый ток.

Рис. 3.2.1. Схема включения приборов в цепь постоянного тока с измерительными преобразователями

Шунты представляют собой сопротивления, включаемые в цепь измеряемого тока. Параллельно сопротивлению шунта присоединяется амперметр. Шунт имеет очень небольшое сопротивление, и по нему проходит почти весь ток, тогда как к амперметру подводится лишь падение напряжения на зажимах шунта. Параллельно шунту подключается электроизмерительный прибор. Таким образом, вместо большого тока прибором измеряется небольшое падение напряжения. Включение в цепь измеряемого тока амперметра и параллельное подключение к нему шунта запрещается, так как в случае неисправности шунта через обмотку амперметра пойдет ток большой силы, что приведет к ее перегоранию.

Сила измеряемого тока равна I_изм = I_Ш + I_А,

где I_Ш – сила тока, протекающая через шунт, I_А – сила тока, протекающая через амперметр (см. рис. 3.2.1). При сохранении между сопротивлениями шунта R_ш и амперметра R_А известного соотношения

по показаниям амперметра можно будет определять значение измеряемого тока. Решая эти уравнения, получим: .

Отношение измеряемого тока к току, протекающему через амперметр, численно равное , называется шунтирующим множителем (или коэффициентом шунтирования) и показывает, во сколько раз расширяются пределы измерений амперметров при включении шунта. Сопротивление шунта можно выразить через шунтирующий множитель . Из этого равенства следует, что для расширения пределов измерения силы тока в р раз сопротивление шунта должно быть в (р – 1) раз меньше сопротивления амперметра.

Шунты делятся на внутренние и наружные.

Сопротивление шунта сравнительно мало (0,01 – 0,0001 Ом), и поэтому по сравнению с ним существенное значение имеет переходное сопротивление контактов и сопротивление соединительных проводов. Чтобы устранить влияние переходных сопротивлений контактов на показания электроизмерительных приборов, в шунтах применяют специальные зажимы: токовые – для включения шунта в измеряемую сеть (одна пара) и потенциальные – для подключения к шунту электроизмерительных приборов (одна или несколько пар). Присоединение амперметров к шунтам должно производиться калиброванными проводами с определенным сопротивлением (обычно 0,035 Ом), проверенными совместно с шунтов, а не случайно подобранными. Если по условиям размещения шунта и амперметра расстояние между ними превышает длину соединительных проводов, приданных амперметру, эти провода следует заменить более длинными, обязательно сохранив значение их сопротивления (увеличивая сечение проводов), иначе погрешность приборов увеличится.

Шунты применяют на судах в магнитоэлектрических приборах на постоянном токе. Применять шунты для электродинамических и других измерительных механизмов нецелесообразно, поскольку эти механизмы потребляют относительно большую мощность, что приводит к необходимости иметь значительные U_Ш, а следовательно, и R_Ш, что приводит, в свою очередь, к увеличению габаритов и массы шунта. Кроме того, применение шунтов на переменном токе тоже приводит к погрешности, обусловленной перераспределением токов I_А и I_Ш при разных частотах из-за влияния реактивных сопротивлений измерительного механизма и шунта.

Необходимо измерить ток потребителя в пределах 20 – 25 А. Имеется микроамперметр с пределом измерения 200мкА, внутренним сопротивлением 300 Ом и максимальным числом делений 100. Определить сопротивление шунта для расширения предела измерения до 30 А и определить относительную погрешность измерения на отметке 85 делений, если класс точности прибора 1,0.

Решение. Необходимо вначале определить коэффициент шунтирования:

тогда Ом.

Определим показание амперметра, соответствующее 85 делениям, для чего цену деления 0,3 А/дел умножим на число делений 85, тогда прибор покажет I = 25,5 А.

Относительная погрешность в этой точке

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Только сон приблежает студента к концу лекции. А чужой храп его отдаляет. 8841 – | 7555 – или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно