Меню

Электротехника расширения пределов измерений вольтметров



РАСШИРЕНИЕ ПРЕДЕЛОВ ИЗМЕРЕНИЯ ВОЛЬТМЕТРОВ

6.1.1. Изучить методы расширения пределов измерения вольтметров;

6.1.2. Изучить методы расчета сопротивления добавочных резисторов.

6.2. Основные теоретические положения.

Резистор, включенный последовательно с измерительным механизмом (ИМ), вращающий момент которого зависит от тока, и используемый для измерения напряжения, называется добавочным резистором. Его основное назначение — преобразовать напряжение в ток.

Ток Iо в цепи ИМ (Рис. 6.1.) определяется уравнением преобразования:

где — измеряемое напряжение;

Rим — сопротивление ИМ;

— сопротивление добавочного резистора.

Добавочные резисторы служат также для расширения пределов измерения по напряжению уже готовых вольтметров и других приборов, например ваттметров, фазометров, имеющих параллельные цепи, включаемые под напряжение.

Если вольтметр имеет номинальный предел измерения Uн и сопротивление Rим и нужно расширить предел до U’н > Uн, то справедливо равенство:

Отсюда сопротивление резистора:

где n = U’н/Uн — и обычно называется множителем шкалы.

Добавочные резисторы изготовляются обычно из манганиновой проволоки, намотанной на каркас из изоляционного материала.

У вольтметров с верхним пределом измерения до 300В добавочные резисторы встраивают внутри корпуса прибора. При устройстве вольтметров с пределом измерения свыше 300В добавочные резисторы из-за их размеров и по условиям охлаждения устанавливают вне корпуса прибора.

В зависимости от точности подгонки добавочные резисторы подразделяются на классы: 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0.

6.3. Проведение опыта.

6.3.1. Соберите схему согласно рис. 6.2.

6.3.2. В данной работе в качестве поверяемого вольтметра используется миллиамперметр ИП с Uн=100мВ и добавочным резистором = R12 (при этом его максимальное отклонение соответствует 100 В), контрольным является V2; а для случая ИП с добавочным резистором R11 — максимальное отклонение соответствует 50 В.

6.3.3. Включите стенд тумблером «СЕТЬ», затем тумблер включения питания ЛАТРа Т1 (S7) и наконец тумблер питания цепей постоянного тока (S6). Изменяйте переключателем ЛАТРа величину напряжения (V2) до получения измеряемого напряжения на приборе ИП.

6.3.4. Сделайте необходимое для расчетов количество замеров.

Опытные данные Расчетные значения
N Rп,Ом Iп,mA Uп,mВ Uизм, мА Rд, Ом UN n

Для всех опытов определить значение множителя:

n = РV2/PVип; и найти его среднее значение.

Рассчитать добавочное сопротивление для вольтметра ИП с полным отклонением 5мА на предел измерения 100В:

Rим – измерить мультиметром при несобранной схеме и отключенном стенде;

nСР – среднее значение множителя.

Снять произвольное значение показаний прибора (с добавочным сопротивлением R12, если стрелка прибора установлена на отметке N делений шкалы прибора). Вначале определяем цену деления прибора:

,где Nнаиб.шкалы – верхний предел шкалы прибора. Затем определяем ток при N делениях шкалы прибора:

6.3.5. По окончании работы верните все аппараты в исходное положение и отключите стенд.

6.4. Вопросы для самопроверки.

6.4.1. Какие вспомогательные элементы применяются для изменения пределов измерения магнитоэлектрических вольтметров?

6.4.2. Какого порядка должно быть сопротивление добавочного резистора к измерительному механизму с Rо = 1 Ом и падением напряжения на рамке

Читайте также:  Электрический метод измерения неэлектрических величин

Uо = 10 мВ, для получения вольтметра с Uн = 10 В?

6.4.3. До какого значения напряжения будет расширен предел измерения вольтметра с сопротивлением рамки Rо = 1 Ом и падением напряжения на ней

Uо = 10 мВ при включении добавочного резистора Rд = 100000 Ом?

Источник

Расширение пределов измерения

Для расширения пределов измерения находят применение шунты, добавочные сопротивления и емкости, резистивные и емкостные делители напряжения, измерительные трансформаторы тока и напряжения.

Расширение пределов измерения амперметров достигается включением шунта параллельно прибору. , где .

Шунты применяются только в цепях постоянного тока с приборами МЭ системы.

Для расширения пределов измерения вольтметра последовательно с сопротивлением рамки включается добавочное сопротивление :

, где .

Добавочные резисторы можно использовать в цепях постоянного и переменного тока с приборами (mA и V) МЭ, ЭМ, ЭД, ФД систем и с приборами ЭС в цепях постоянного тока.

С приборами ЭС системы обычно используют добавочные емкости, поскольку сам ЭС вольтметр является емкостью:

, где .

Для расширения пределов измерения по напряжению используются делители напряжения.

Уравнением делителя напряжения является уравнение, связывающее и :

.

Обычно все резисторы, кроме , обозначают через . .

.

Напряжение на выходе делителя является идеальным, чтобы его измерить к выходу делителя подключается вольтметр. Так как вольтметр обладает собственным сопротивлением, то:

, отсюда

.

Напряжение . Т.е. возникает погрешность измерения, связанная с собственным сопротивлением вольтметра, которую можно вычислить по формуле:

, .

С приборами ЭС системы употребляются емкостные делители напряжения.

,

и если емкость ЭС вольтметра , то

.

.

В цепях постоянного тока для расширения пределов измерения электростатического вольтметра применяется делитель напряжения, выполненный из проволочных или непроволочных сопротивлений:

,

откуда , где U — измеряемое напряжение, Ue — напряжение на зажимах вольтметра, .

В этой схеме сопротивление изоляции прибора должно быть значительно больше сопротивления r1.

Измерительные трансформаторы тока применяются при измерении больших токов. У трансформаторов тока номинальный первичный ток больше номинального вторичного, поэтому в них число витков w1

,

где I1 и I2 — первичный и вторичный токи;

w1 и w2 — число витков в первичной и вторичной обмотках;

k1 — действительный коэффициент трансформации трансформатора тока.

Определив по амперметру I2, можно найти ток I1 :

.

На практике обычно пользуются номинальным коэффициентом трансформации:

.

Тогда приближенное значение измеряемого тока равно:

.

Относительная погрешность трансформатора тока, происходящая из-за неравенства действительного и номинального коэффициентов трансформации, может быть определена из следующего выражения:

.

Измерительные трансформаторы напряжения применяются при измерении больших напряжений. Первичное номинальное напряжение в трансформаторах напряжения всегда больше вторичного номинального напряжения, поэтому в них w1>w2:

,

где U1 и U2 — первичное и вторичное напряжения;

w1 и w2 — число витков в первичной и вторичной обмотках;

kU — действительный коэффициент трансформации трансформатора напряжения;

Измеряемое напряжение равно:

На практике обычно пользуются номинальным коэффициентом трансформации:

Читайте также:  Понятия данные объем данных единицы измерения объема данных

где k — номинальный коэффициент трансформации трансформатора напряжения;

U1н, U2н — номинальные значения первичного и вторичного напряжений, указанные на щитке трансформатора.

Приближенное значение измеряемого напряжения:

.

Относительная погрешность трансформатора напряжения равна:

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Измерение напряжения. Расширение пределов измерения вольтметра

§ 73. ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ. РАСШИРЕНИЕ ПРЕДЕЛОВ ИЗМЕРЕНИЯ

Для измерения напряжения служат вольтметры, милливольт­метры и микровольтметры различных систем. Эти приборы включа­ют параллельно нагрузке, а потому сопротивление их должно быть как можно больше. В связи с этим уменьшается достоверность про изведенного измерения.

Для расширения пределов измерения вольт­метра к обмотке измерительного механизма последовательно присоединяют многоомное сопротивление, носящее название добавочного сопротивления (rд). Схема включения вольт­метра с добавочным сопротивлением приведена на рис. 85.

При такой схеме из n частей напряжения, подлежащего измерению, на обмотку прибора приходится лишь одна часть, а остальные n-1 частей – на добавочное сопротивление. Это происходит пото­му, что сопротивление rд берется больше сопротивления вольтметра в n —1 раз, а при последовательном соединении напряжение рас­пределяется пропорционально величине сопротивления.

Общее измеренное напряжение равно сумме падения напряжения на этих сопротивлениях.

Число n показывает, во сколько раз расширяют предел измере­ния вольтметра.

Пусть имеющийся у нас вольтметр позволяет измерять напря­жение Uв = 30 в, а необходимо измерить этим прибором напряже­ние U=120 в. Значит, нужно расширить предел его измерения

Добавочное сопротивление, которое надо присоединить последо­вательно к вольтметру, можно определить по формуле

Если сопротивление вольтметра rв = 3000 ом, то для расширения предела измерения прибора в 4 раза необходимо, чтобы добавочное сопротивление

После присоединения к вольтметру добавочного сопротивления каждое деление шкалы прибора будет соответствовать величине, в n раз большей, чем указано на ней. Например, в нашем случае, если стрелка прибора установится на цифре 30, то это будет озна­чать, что напряжение

Добавочные сопротивления изготовляют чаще всего из манга­нина или константана. Оба эти материала имеют большое удельное сопротивление и малый температурный коэффициент сопротивле­ния.

Шунты и добавочные сопротивления могут быть установлены внутри корпуса прибора или подключаться к его зажимам на время измерений.

Источник

1. Расширение пределов измерения вольтметра.

Расширение пределов измерения вольтметра достигается путем включения добавочного сопротивления последовательно с имеющимся прибором (рис.5).

Согласно рис.5 имеем: . Отсюда получаем выражение для определения величины добавочного сопротивления: (6), где Uпр -максимальное напряжение, для которого определяется Rдоб, Iпр — ток отклонения стрелки прибора, rвн — внутреннее сопротивление прибора. Обычно добавочное сопротивление Rдоб изготовляется из магниновой или константановой проволоки, а так же из графитовых и металлизированных сопротивлений.

2. Расширение пределов измерения амперметров

Для расширения пределов измерения амперметров постоянного тока применяются шунты. Шунт — это сопротивление, которое включается параллельно рамке измерительного прибора (рис.. 6) Шунт отводит часть общего тока Iоб через себя и тем самым уменьшает ток, текущий через рамку прибора.

Читайте также:  Как измерить диаметр пожарные рукава

Согласно рис.6 имеем: , или .

Отсюда после преобразования, получаем соотношение по которому определяется сопротивление шунта:

(7),

где rвн — сопротивление рамки прибора, , Iоб — величина тока, который необходимо измерить, Iвн — ток полного отклонения стрелки прибора.

3. Расширение пределов измерения амперметров

Для измерения больших переменных токов применяются измерительные трансформаторы токов, которые не только позволяют расширить пределы измерения амперметров, но и позволяют хорошо изолировать их от цепей высокого напряжения, что важно из соображений безопасности. Трансформатор тока состоит (рис.7) из двух обмоток первичной, включаемой в сеть и обозначаемой буквамиЛ1 и Л2 (Л1,2 включается в сторону генератора), и вторичной, обозначаемой буквами U1 и U2 и подключается к амперметру.

Трансформаторы тока изготовляются переносными, а так же с разъемным сердечником, так называемые, токовые клещи, которые применяются для измерения тока без разрыва цепи, например, на линиях электросетей 220-380 В.

ИЗМЕРЕНИЯ ВОЛЬТМЕТРОВПЕРЕМЕННОГО ТОКА.

Для расширения пределов измерения вольтметров переменного тока используются измерительные трансформаторы напряжения (рис.8).

Первичная обмотка трансформатора напряжения включается в сеть высокого напряжения, т.е. контролируемую цепь. Ко вторичной обмотке трансформатора напряжения подключается вольтметр, а так же параллельные катушки ваттметра, фазометра и других измерительных приборов.

Рассчитать по формуле (6) и подобрать на магазине сопротивлений номинальные добавочные сопротивления для вольтметра V2 с диапазонами измерения на 30 и 160В с целью расширения пределов его измерения до 220В.

Собрать цепь согласно рис.9, где V1 -контрольный вольтметр на 300В, a V2испытываемый вольтметр. В качестве Rдоб используется магазин сопротивлений.

Изменяя входное напряжение, снять 10-15 показаний приборов V1 и V2, записать их в форме таблицы и построить график . По оси абсцисс отложить значения V1, а по оси ординат V2.

Рассчитать по формуле (7) Rш для амперметра на 5А с целью расширения пределов измерений до 25А.

Собрать цепь согласно схеме рис.10. Амперметр A1 рассчитан на 10А, а A2 до 5А. Изменяя ток при помощи реостата R произвести 10-15 измерений, которые записать в форме таблицы и построить график зависимости

Подключить вольтметр к измерительному трансформатору согласно рис.11, сделать измерения и записать их.

1.Самостоятельно изучить устройство приборов магнитоэлектрической системы. Основное уравнение шкалы. Преимущества и недостатки приборов МЭ системы.

2.Объяснить устройство и принцип действия приборов электромагнитной и электродинамической систем.

Можно ли магнитным шунтом воздействовать на характер шкалы и почему?

Изменится ли электродинамическая постоянная прибора, если он используется не в качестве амперметра, а в качестве вольтметра?

5.Можно ли воздействовать на характер шкалы изменением противодействующего момента?

6. Для чего служат измерительные трансформаторы?

Можно ли прибором электромагнитной системы измерять постоянное напряжение?

Источник