Масштабные измерительные преобразователи.

Масштабным называют измерительный преобразователь, предназначенный для измерения величины в заданное число раз. К ним относят шунты, делители напряжения, измерительные усилители, измерительные трансформаторы. Шунты применяются для уменьшения силы тока в заданное число раз. Такая задача возникает, когда диапазон показаний амперметра меньше диапазона изменения измеряемого тока. Шунт – это резистор, включаемый параллельно амперметру (рис. 9.2) Шунты могут состоять из нескольких резисторов, или иметь несколько отводов. Это позволяет изменять коэффициент шунтирования. Размещаются в корпусе прибора или снаружи. Применяются, в основном, в цепях постоянного тока в магнитоэлектрических приборах. Классы точности от 0,02 до 0,5. Делители напряжения применяются для уменьшения напряжения в заданное число раз. В зависимости от рода напряжения элементы делителя выполняют в виде часто активного сопротивления, емкостного или индуктивного. Класс точности добавочных резисторов от 0,01 до 1. Материал - манганин. Номинальный ток от 0,5 до 30 мА. Измерительные усилители предназначены для расширения пределов измерения в сторону малых сигналов. По диапазону частот измерительные усилители разделяют на усилители: постоянного тока; низкочастотные (20 Гц : 200 кГц); высокочастотные – до 250 МГц; селективные (узкополосные). Электронные измерительные усилители позволяют измерять сигналы от 0,1 мВ и 0,3 мкА с погрешностью от 0,1 до 1%. При меньших значениях сигналов применяют фотогальванические усилители.Серийные измерительные усилители имеют унифицированный номинальный выходной сигнал 10 В или 5 мА. Измерительные трансформаторы переменного тока и напряжения используют для преобразования больших переменных токов и напряжений в относительно малые, допустимые для измерений приборами с малыми пределами измерения (например, 5 А, 100 В). Кроме того, применением трансформаторов повышается безопасность операторов, так как приборы включаются в заземленную цепь низкого напряжения (рис. 9.3). Измерительные трансформаторы имеют две изолированные друг от друга обмотки, помещенные на ферромагнитный сердечник. Обмотка, включаемая в цепь объекта измерения, называется первичной, и имеет число витков w1. Обмотка, к которой подключаются измерительные приборы, называется вторичной и имеет w2 витков. В трансформаторах тока w1<w2. Поэтому ток первичной обмотки I1>I2. Первичная обмотка может состоять из одного витка, в виде шины, проходящей через окно сердечника. В трансформаторах напряжения w1>w2. Поэтому U1>U2. У измерительных трансформаторов имеется еще угловая погрешность, обусловленная неточностью передачи фазы вторичной величине. Это оказывает влияние на показания приборов, отклонение подвижной части которых зависит от фазы измеряемой величины.

39. Измерительные трансформаторы переменного тока.

Измерительные трансформаторы переменного тока состоят из двух изолированных друг от друга обмоток: первичной с числом витков n1 и вторичной с числом витков n2 , помещенных на ферромагнитный сердечник.
В трансформаторах тока, как правило, первичный ток I1 больше вторичного I2, поэтому в них n1 < n2 . Первичная обмотка выполняется из провода различного сечения, в зависимости от номинального первичного тока IН1. В трансформаторах тока с IН1. свыше 500 А первичная обмотка может состоять из одного витка – в виде прямой медной шины (или стержня), проходящей через окно сердечника.
В трансформаторах напряжения первичное напряжение U1 больше вторичного U2, поэтому в них n1 > n2.
Схема включения измерительных трансформаторов тока (ИТТ) и напряжения (ИТН) в цепь показана на рис. 2.2.
Первичная цепь ИТН включается через предохранители, чтобы при неисправности трансформатора он не оказался причиной аварии. Предохранители, установленные во вторичной цепи, служат для защиты трансформатора от замыканий в нагрузке.
Вторичный ток ИТТ равен 5 А, для спе-
Рис. 2.2 циальных целей выпускаются трансформа­-
торы на 1 и 2 А, вторичное напряжение ИТН может быть 100, 10/ и 150 В.
Коэффициент трансформации идеального трансформатора тока КI и трансформатора напряжения КU выражается следующими соотношениями:
; . (2.7)
Точность измерительного трансформатора характеризуется двумя величинами: погрешностью коэффициента трансформации, определяю­щей отличие действительных вторичных токов и напряжений от номинальных, γI = (Iном – I)/Iном и γU= (Uном – U)/Uноми угловой погрешностью φI или φU, определяющей фазовый сдвиг между векто­рами токов или напряжений в первичной и вторичной об­мотках. Угловая погрешность должна учитываться при вклю­чении во вторичную цепь фазочувствительных приборов, например ваттметра. При включении фазочувствительных приборов важно так­же не изменить направление одного из векторов на 1800 неправильным включением обмоток, поэтому концы пер­вичных и вторичных обмоток трансформаторов маркируются.
Значение по­грешности зависит от: 1) сопротив­ления, включенного во вторич­ную цепь, и для ИТТ будет минимально при Z'н= 0, т.е. в режиме короткого замыкания, а для ИТН – при Z'н= ∞, т.е. в режиме холостого хода; 2) сопротивления холо­стого хода трансформатора Zx.x и будут тем меньше, чем больше Zx.x, т.е. чем меньше ток холостого хода трансформатора.
Если возможно скомпенсировать ток холостого хода, т.е. добиться I0 = 0, например, с помощью операционного усилителя, то принци­пиально погрешности ИТТ можно свести к нулю; таким же методом можно понизить погрешность ИТН.
Аварийный режим, связанный с разрывом вторичной цепи ИТТ при включенной первичной, приводит к намагничиванию сердечника, изменению μ и соответственно изменению коэффициента трансформа­ции. Поэтому ИТТ необходимо специально размагничивать, посте­пенно увеличивая ток в его вторичной обмотке изменением сопротив­ления от Z'н > ∞ до Z'н > ∞.
По точности ИТТ и ИТН подразделяются на несколько классов. Наиболее точные лабораторные измерительные транс­форматоры имеют классы точности: а) трансформаторы тока – 0,01 – 0,05; б) трансформаторы напряжения – 0,05.