Масштабные измерительные преобразователи

Масштабным называется измерительный преобразователь, входная и выходная величины которого однородны и который изменяет значение электрической величины в заданное число раз.

К масштабным измерительным преобразователям относятся шунты, добавочные сопротивления, делители напряжения, измерительные усилители, измерительные трансформаторы тока и напряжения. Применение этих преобразователей позволяет изготавливать приборы для разных пределов измерений, расширять пределы измерений уже существующих приборов.

Токовые шунты

Токовые шунты применяются для расширения пределов измерений ампермет­ров путем уменьшения в определенное число раз силы электрического тока, проходящего через амперметр. Это бывает необходимо, когда значение измеряемоо тока превосходит диапазон измерений измерительного прибора (амперметра).

Шунт представляет собой резистор, включаемый параллельно входу измерительного прибора (рис. 7.1). В этом случае измеряемый ток I₁ распределится между шунтом и измерительным прибором обратно пропорционально значениям их сопротивлений: I_ш/ I₂ = R_ИП/R_ш, где R_ш – зна­чение сопротивления шунта, R_ИП – значение входного сопротивления измерительного при­бора (ИП), но так как I₁ = I_ш + I₂, то

где n = I₁/I₂ – коэффициент шунтирования, на который нужно умножить показание прибора, чтобы получить значение измеряемого тока I₁.

Рисунок 7.1 – Схема включения шунта для расширения пределов измерения амперметра

Шунты могут быть многопредельными. В амперметрах, предназначенных для измерения небольших значений токов (до 30 А), шунты помещают, как правило, в корпус прибора; в приборах для измерения больших значений применяют наружные шунты как самостоятельные средства измерений, которые имеют две пары зажимов: токовые и потенциальные. Токовые зажимы служат для включения шунта в измерительную цепь, к потенциальным зажимам, сопротивление между которыми равно R_ш, подключают измерительный прибор. Классы точности вы­пускаемых шунтов лежат в пределах от 0,02 до 0,5. Они позволяют расширить пределы измерения токов до 15 000 А и более.

Токовые шунты, выпускаемые как отдельное средство измерений, имеют нормированное номинальное значение падения напряжения между потенциальными зажимами, соответствующее номинальному значению тока. В эксплуатации имеются шунты постоянного тока с номинальными значениями напряжения 60, 75, 150 мВ. По этой причине к токовому шунту можно непосредственно подключать не амперметр, а милливольтметр.

Шунты применяют в основном в цепях постоянного тока. В цепях перемен­ного тока возникает дополнительная составляющая погрешности, обусловлен­ная реактивной составляющей сопротивления шунта, и с увеличением частоты значения сопротивления шунта и амперметра изменяются неодинаково.

Для измерения импульсных токов до 100 к А изготавливаются так называе­мые безреактивные шунты.

Добавочные сопротивления

Вольтметры, изготовленные на основе измерителей тока (например, магнитоэлектрической или электромагнитной системы), имеют встроенное добавочное сопротивление, включенное последовательно с измерительным механизмом. Обозначив через I_max ток, вызывающий отклонение стрелки механизма на полную шкалу, увидим, что I_max = U_max/(R_ИП + R_д), где R_д – значение добавочного сопротивления. Отсюда находим верхний предел измерений полученного вольтметра: U_max = I_max(R_ИП + R_д). Из формулы видно', что механизм, стрелка которого отклоняется на полную шкалу при значении тока I_max, можно использовать как вольтметр с верхним пределом измерений U_max. Таким образом, подобрав соот­ветствующее добавочное сопротивление, можно получить необходимый пределг измерений напряжения.

Переносные вольтметры, как правило, делают многопредельными. Это означает, что в их конструкции предусмотрены добавочные сопротивления для каждого предела измерений. Добавочные сопротивления встраивают в корпус вольтметра с верхним пределом измерений до 300-1000 В. Для измерений более высоких напряжений (до 100 кВ и выше) добавочные сопротивления изготавли-. ваются в виде отдельного средства измерений.

Добавочное сопротивление для вольтметров переменного тока должно иметь: как можно меньшее значение реактивной составляющей, чтобы его полное сопротивление меньше зависело от частоты. Это достигается путем бифилярной намотки сопротивлений или намотки на плоских пластинках.

Для намотки сопротивлений используют сплавы с высоким удельным сопротивлением и малым значением температурного коэффициента: манганин, нихром, константан и т. д. Для приборов невысокой точности применяют также се­рийные радиотехнические неметаллические сопротивления.

Классы точности добавочных сопротивлений, изготовленных как отдельное средство измерений, лежат в пределах от 0,02 до 1,0. Номинальный ток, соответ­ствующий номинальному напряжению, составляет 0,1-30 мА. Добавочные сопро­тивления, изготовленные как отдельное средство измерений, как правило, при­меняют на постоянном токе и включают последовательно с милли- или микро- амперметром.

Для добавочных сопротивлений и токовых шунтов класс точности обозначает предел допускаемой относительной погрешности, выраженной в процентах.