Как расширить пределы измерения приборов в цепях переменного тока

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.

Источник

Расширение пределов измерения амперметров и вольтметров

Для получения высокой точности и чувствительности магнитоэлектрических приборов их подвижные обмотки выполняют по возможности легкими из очень тонкой изолированной проволоки.

Такие обмотки допускают очень незначительные по величине токи, не превышающие 30 мА, при этом сопротивление самих обмоток получается равным примерно 5 Ом.

Таким образом, магнитоэлектрическим прибором можно измерять ток не более 30 мА, а напряжение – не выше 150 мВ, так как

U = I × R = 30 × 5 = 150 мВ

Для расширения пределов измерения амперметра применяют шунты, шунты имеют очень малое сопротивление (десятые, сотые доли ома) и включаются параллельно обмотке амперметра. Величина шунта R_Ш определяется по формуле:

где R_Ш – сопротивление шунта;

R_A – сопротивление амперметра;

n – коэффициент расширения пределов измерения тока амперметром.

где I – измеряемый ток;

I_A – максимально допустимый ток амперметра.

Для расширения пределов измерения вольтметров применяют добавочные сопротивления, которые имеют большое сопротивление (десятки килоом), и которые включают последовательно с обмоткой вольтметра. Величина добавочного сопротивления R_Д определяется по формуле:

где R_Д – добавочное сопротивление;

R_V – сопротивление вольтметра;

n – коэффициент расширения пределов измерения напряжения вольтметром.

где U – измеряемое напряжение;

U_V – максимально допустимое напряжение вольтметра.

Источник

Расширение пределов измерений приборов

Шунты. Шунтом называется сопротивление r_ш, включаемое в цепь параллельно амперметру (или миллиамперметру), вследст­вие чего в амперметр ответвляется только часть измеряемого то­ка (рис. 5).

Например, если необходимо измерить амперметром (А) ток, в п раз больший максимально возможного для данного при­бора, то надо включить сопротивление r_ш, удовлетворяющее сле­дующему равенству:

,

где (I – величина тока в цепи, I_A – величина тока, идущая через амперметр), r_A – сопротивление амперметра.

Следовательно, чтобы измерить амперметром в n раз больший ток, необходимо взять сопро­тивление шунта в (n — 1) раз меньше сопротивления амперметра. Шунты обычно изготовляются из манганина, имеющего большое удельное сопротивление и малый термический коэффи­циент сопротивления, вследствие чего сопротивление шунта практически не зависит от нагревания его током и от измерений температуры окружающей среды.

Добавочное сопротивление. Для расширения пределов измерений вольтметром применяется так называемое добавочное сопротивление, которое включается последовательно с вольтмет­ром (рис. 6). Если, например, не­обходимо измерить вольтметром в n раз большее напряжение, то необходимо включить последо­вательно вольтметру добавочное сопротивление:

,

где r_v — сопротивление вольтметра,

,

U — полное подводимое напряжение, U_v — напряжение, подающее на вольтметре, r — общее сопротивление

( ).

Таким образом, чтобы измерить вольтметром в n раз большее напряжение, необходимо взять добавочное сопротивление в (n —1) раз большее сопротивления вольтметра.

Измерительные трансформаторы. Измерительные транс­форматоры применяются для увеличения пределов измерения приборов переменного тока. Различают измерительные трансфор­маторы тока и измерительные трансформаторы напряжения.

Измерительный трансформатор тока состоит из первичной обмотки, имеющей малое число витков n₁и выполненной из тол­стого провода, и вторичной, имеющей относительно большое число витков n₂. Амперметр подключается к вторичной обмотке (рис. 7). Коэффициент трансформации для трансформатора

,

где I₁ и I₂ – токи в первичной и вторичной обмотках, n₁ и n₂ – соответственно, число витков в них.

Из этого выражения следует, что ток, измеряе­мый во вторичной обмотке, будет в k раз меньше подводимого тока.

Измерительный трансформатор напряжения также состоит из первичной и вторичной обмоток. Первичная обмотка содержит боль­шее число витков, чем вторичная. Вольтметр включается во вторич­ную обмотку (рис. 8).

Коэффициент трансформации трансформатора напряжения

.

Измерительный трансформатор позволяет подобрать для любого случая соответствующий коэффициент трансформации. Следует отметить весьма важное свойство – безопасность при измерениях высоких напряжений.,

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, U_e — напряжение на зажимах вольтметра, .

В этой схеме сопротивление изоляции прибора должно быть значительно больше сопротивления r_1.

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;

k_U — действительный коэффициент трансформации трансформатора напряжения;

Измеряемое напряжение равно:

На практике обычно пользуются номинальным коэффициентом трансформации:

где k_Uн — номинальный коэффициент трансформации трансформатора напряжения;

U_1н, U_2н — 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

Расширение пределов измерения электроизмерительных приборов»

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 I₀, 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, I₀– 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)

и

,

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 ₀ — 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.

Rд

U_д U_в

U ₀

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

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.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Источник