Эталоны единиц электрических величин.

 

Основной единицей электрических величин является единица электрического тока - ампер. По определению ампер есть такой неизменный ток, который, проходя по двум параллельным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого сечения, расположенным на расстоянии 1м один от другого в вакууме, вызывает между этими проводниками притяжение с силой 2 ∙ 10⁷ Н на каждый метр длины. Эталон тока представляет собой так называемые токовые весы, в которых сила притяжения двух катушек с током уравновешивается гирями. В этом эталоне ампер воспроизводится через основные неэлектрические единицы: метр, килограмм, секунду.

К эталонам производных электрических величин относятся эталоны ЭДС, электрического сопротивления, индуктивности и ёмкости.

Эталон ЭДС состоит из 20 насыщенных нормальных элементов и устройства сравнения, усредняющего значения ЭДС.

Эталон индуктивности является групповым и состоит из четырёх образцовых катушек.

Эталон электрического сопротивления (эталон Ома) также является групповым и состоит из десяти образцовых катушек сопротивления величиной 1 Ом, помещённых в геометрический кожух, заполненный сжатым воздухом.

Эталон электрической ёмкости представляет собой специальный воздушный высокостабильный конденсатор.

 

1. Последовательное соединение элементов:

W(p) = W₁(p)W₂(p).

2. Параллельно-согласное соединение элементов:

W(p) = W₁(p) + W₂(p).

З. Параллельно-встречное соединение элементов (соединение с обратной связью):

W₁(p)

W(p) ═ ———————

1 ± W₁(p)W₂(p)

Знак «+» относятся к отрицательной обратной связи, а знак «–» - к положительной обратной связи.

Зная передаточную функцию преобразователя, можно аналитически вычислить характер переходного процесса, определить степень устойчивости преобразователя как элемента автоматического регулирования, вычислить статическую или динамическую ошибки преобразования.

 

x W₁(p) W₂(p) y W₁(p) x W₁(p) y

 

x y

а) W₂(p) W₂(p)

 

б) в)

Рис. 6.9. Соединение элементов преобразования:

а – последовательное; б – параллельное согласное;

в – параллельное встречное.

 

 

Мостовые измерительные цепи.

Мостовые измерительные цепи широко используются для измерения параметров электрических цепей (R, L, С, Q, tgδ), в качестве фильтров и измерителей частоты. В зависимости от количества плеч мосты могут быть четырехплечие в многоплечие. Простейшим вариантом мостовой схемы является четырехплечий мост - рис. 6.10. Сопротивления Z₁- Z ₄ образуют 4 плеча моста; а, Ь, с, d - вершины моста; аЬ - питающая диагональ; сd – диагональ нагрузки (измерительная). В зависимости от характера сопротивления плеч и, соответственно, напряжения питания, мосты могут быть постоянного в переменного тока. В состоянии равновесия ток в нагрузочной диагонали отсутствует при любых напряжениях питания Е_n. Для создания равновесия необходимо обеспечить определенное соотношение сопротивлений моста. Если в выражение равновесия моста частота питающего напряжения не входит, то мост является частотнонезависимым. Такие мосты применяются для измерения

 

внутренние шунты могут быть многопредельными с изменением сопротивления шунта при изменении предела измерения прибора – рис. 3.2.

 

^{1 2 3}

_ИМ

 

Рис. 3.2. Многопредельный шунт.

 

При работе приборов с шунтом на переменном токе возникает дополнительная погрешность из-за того, что сопротивления шунта и измерительного механизма по-разному зависят от частоты.

 

Добавочные сопротивления.

 

Добавочное сопротивление является простейшим измерительным преобразователем напряжения в ток. Оно предназначено для расширения диапазона измерения по напряжению вольтметров и других приборов, подключаемых к источнику напряжения: вольтметров, счётчиков электроэнергии, фазометров и т.д. Необходимость преобразования напряжения в ток вызвана тем, что измерительные механизмы всех систем, за исключением электростатической, реагируют на значение тока.

Добавочные резисторы включаются последовательно с измерительным механизмом, ограничивая ток в цепи механизма до допустимой величины:

I_u=U / (R_u + R_д),

где R_д - сопротивление добавочного резистора.

Если вольтметр имеет предел измерения U_ном и внутреннее сопротивление R_u и надо расширить предел измерения в n раз, то, учитывая, что I_u=const, можно записать:

U_ном n U_ном

———— ═ —————

R_u R_u + R_д

 

Отсюда R_д = R_u (n-1).

Добавочные резисторы изготавливаются из манганиновой проволоки, намотанной на изоляционный каркас. Они применяются в цепях постоянного и переменного тока. Добавочные резисторы, работающие на переменном токе, имеют бифилярную обмотку, устраняющую реактивность резистора.

Добавочные резисторы уменьшают температурную погрешность приборов за счёт того, что манганиновое добавочное сопротивление почти

 

динамических элементов (пропорционального, апериодического, колебательного, интегрирующего, дифференцирующего и запаздывания) приведены на рис. 6.3 - 6.8.

 

h(t)

K Рис 6.4. Переходная функция апериоди-

ческого элемента.

 

0 t

T

h(t)

K Рис. 6.5. Переходная функция колебатель-

ного элемента.

0 t

 

h(t)

Рис. 6.6. Переходная функция интегриру-

ющего элемента.

 

0 t

 

h(t)

Рис. 6.7. Переходная функция дифферен-

S=K цирующего элемента.

 

0

T→ C

 

H(t)

Рис. 6.8. Переходная функция элемента

K запаздывания.

 

 

0 τ t

 

Если тестовый сигнал имеет гармонический характер х=Х_m sin ωt, то в линейных преобразователях выходной сигнал тоже будет гармоническим, но с другой амплитудой и фазой:

у = Y_msin(ωt+φ)

Зависимость Y_m от частоты ω при постоянном Х_m называется амплитудно-частотной характеристикой преобразователя, а зависимость φ от ω - фазочастотной. В общем виде передаточные свойства преобразователей характеризуются не коэффициентом, а функцией преобразования, которая является комплексной величиной и зависит от ω. В теории регулирования

Если вторичную обмотку замкнуть на прибор, то в ней появится ток I₂. По показанию приборов, включенного во вторичную цепь, зная коэффициент трансформации, можно определить значение первичного тока I₁. Трансформатор тока характеризуется номинальным коэффициентом трансформации тока:

І _1н w₂

к_{i ном} ═ ——— ═ ——

І _2н w₁

 

Зная показания прибора I₂ можно вычислить ток в линии

I₁ = I₁ k _{i ном}

Как правило, шкала прибора градуируется непосредственно в единицах тока I₁ ; в этом случае на шкале прибора указывается надпись «С трансформатором тока I_1н / I_2н».

 

I₁ Л₁ Л₂

 

 

Рис. 3.4. Схема включения

W₁ Ф₀ трансформатора тока.

W₂

 

I₂ U₁ U₂

^А

 

Действительный коэффициент трансформации зависит от режима работы и может отличаться от номинального

k₁ =I₁ /I₂

Разница в действительном и номинальном коэффициентах трансформации определяет погрешность коэффициента трансформации, называемую токовой погрешностью:

k_iном – k₁

γ₁ ═ ————— 100 % ≈ (1 – k₁/k_іном) 100 %.

k₁

Токовая погрешность сказывается на показаниях всех приборов, включенных во вторичную цепь. Кроме токовой, трансформатор обладает угловой погрешностью δ, представляющей собой разность фаз между вектором тока I₁ и вектором тока I₂ , повёрнутым на 180⁰ С,. Считается, что δ>0, если вектор I₂ , повёрнутый на 180⁰С, опережает I₁. Угловая погрешность обусловлена реактивностью трансформатора и влияет на точность показаний только фазочувствительных приборов (фазометров, ваттметров, счётчиков).

мультипликативных погрешностей:

Δ_Σ ═ Δ_a+ Δ _м; δ_Σ = δ_а+ δ _м.

Примером измерительного преобразователя может служить усилитель постоянного тока с номинальным коэффициентом усиления К - рис.6.1. Напряжение смещения U_см усилителя не зависит от К и является источником аддитивной погрешности, вызывая смещение характеристики преобразования усилителя. На рис. 6.2 показаны графики погрешностей для этого случая.

U_см

_K

U_вх U_вых

 

Рис. 6.1. Напряжение смещения в усилителе постоянного тока.

 

y Δ _а Δ_M Δ_Σ

 

 

0 x 0 x 0 x

a) г) ж)

Δа Δ _М Δ_Σ

0 х 0 х 0 х

 

б) д) з)

δа δм δ_Σ

 

0 х 0 х 0 х

 

 

в) е) и)

Рис. 6.2. Погрешности измерительных преобразований:

а, б, в – аддитивные; г, д, е – мультипликативные;

ж, з, и – суммарные.

 

h(t)

К Рис. 6.3. Переходная функция пропорционального

элемента.

 

0 t

 

 

Электродинамическая стойкость – это отношение амплитуды тока, которую он может выдержать без изменения своих электрических и механических свойств в течении одного полупериода, к амплитуде номинального тока.

Термическая стойкость – это отношение действующего (среднеквадратического) значения тока, которое трансформатор может выдержать в течении 1с без изменения своих свойств, к действующему значению номинального тока первичной обмотки.

Классы точности трансформаторов тока от 0,01 до 10,0. Могут изготавливаться как в стационарном, так и переносном исполнении, сухие или маслонаполненные.

Для уменьшения погрешностей трансформатора используют искусственное подмагничивание магнитопровода до значений напряженностей поля, при которых материал магнитопровода обладает максимальной магнитной проницаемостью. Это приводит к уменьшению I₀w_1. Практически, дополнительное намагничивание осуществляют за счёт прохождения тока I₂ через дополнительную обмотку. Такие трансформаторы называют компенсированными.

Разновидностью измерительных трансформаторов тока являются измерительные клещи. Они позволяют измерять ток в силовой цепи без её разрыва. Клещи представляют собой разъёмный магнитопровод на шарнире, охватывающий измеряемую цепь. Вторичная обмотка включена на амперметр. Точность измерения не высока, но достаточно для оценочных измерений.

 

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: