6 Пассивные и активные датчики. Условные обозначения.

Датчики не работают самостоятельно. Обычно они являются частью большой системы, состоящей из формирователей сигнала и различных аналоговых и цифровых цепей обработки сигнала. Системой может быть, например, системе измерения, система сбора данных или система управления процессом. Датчики могут быть классифицированы по нескольким признакам. С точки зрения формирования сигнала используется классификация сенсоров на активные и пассивные. Активный датчик требует наличия внешнего источника возбуждения. Датчики, основанные на резисторах, например, термисторы, резистивные термометры и тензометры являются активными датчиками, так как ток должен протекать через них и соответствующее значение напряжения измеряется надлежащим образом для нахождения значения сопротивления. Другим способом является помещение устройства в мостовую схему, хотя в любом случае необходим внешний ток или внешнее напряжение по цепи.

С другой стороны, пассивные (или самообразующиеся) датчики генерируют свой электрический выходной сигнал без использования внешнего тока или внешнего напряжения по цепи. Примерами пассивных датчиков являются термоэлементы и фотодиоды, которые образуют термоэлектрические напряжения или фотодиодный ток, соответственно, которые не зависят от внешних цепей.

7 Измерительные трансформаторы

8 Назначение и основные параметры трансформаторов тока и трансформаторов напряжения

К измерительным органам ток обычно подводится от первичных измерительных преобразователей тока. Они обеспечивают изоляцию цепей тока измерительных ор­ганов от высокого напряжения и позволяют независимо от номи­нального первичного тока получить стандартное значение вторич­ного тока. Наиболее распространенными первичными преобразо­вателями тока являются измерительные трансформаторы тока.

Измерительные трансформаторы тока имеют стандарт­ный номинальный вторичный ток I_2ном = 1; 5 А при любых значе­ниях номинального первичного тока I_1ном; допускается изготовле­ние трансформаторов тока с номинальным вторичным током I_2ном = 2; 2,5 А. Трансформаторы тока используют и в сетях на­пряжением до 1 кВ.

Для правильного действия релейной защиты требу­ется корректная работа трансформаторов тока при токах перегрузки электроустановки и токах короткого замыкания (КЗ), которые во много раз могут пре­вышать их номинальные первичные токи, особенно в сетях напря­жением до 1 кВ. Правильная работа быстродействующих уст­ройств защиты и автоматики должна обеспечиться при переход­ных процессах в трансформаторах тока. Особенностью измеритель­ных трансформаторов тока является то, что они работают в режиме, близком к режиму короткого замыкания. Первич­ная обмотка трансформатора ТА с числом витков ω₁ включается в цепь первичного тока I₁ сети, а к вторичной обмотке с числом витков ω₂ подключаются цепи тока измерительных органов, на­пример измерительных реле тока КА1, КА2 с относительно малым сопротивлением (рисунок 1). Начала и концы обмоток трансфор­матора тока указываются на их выводах. Выводы первичной об­мотки Л₁ и Л₂ маркируются произвольно, а выводы вторичной об­мотки И₁ и И₂ – с учетом принятого обозначения выводов первич­ной обмотки. При этом за начало вторичной обмотки И₁ прини­мается вывод, из которого мгновенный ток i₂ направляется в цепь нагрузки, когда в первичной обмотке ток i₁ направлен от начала Л₁ к концу Л₂. При такой маркировке мгновенное значение тока в обмотке реле имеет то же направление, что и при включении непосредственно в защищаемую цепь (без трансформатора).

Рисунок 1 – Измерительный трансформатор тока

Коэффициент трансформации трансформатора тока определяется по формуле:

,

где ω₁ – число витков первичной обмотки трансформатора тока;

ω₂ – число витков вторичной обмотки трансформатора тока.

Трансформаторы напряжения

Напряжение подводится к измерительным органам от первичных измерительных преоб­разователей напряжения. Они, как и первичные измерительные преобразователи тока, обеспечивают изоляцию цепей напряжения измерительных органов от высокого напряжения и позволяют, не­зависимо от номинального первичного напряжения, получить стан­дартное значение номинального вторичного напряжения U_2ном = 100 В. Одними из самых распространенных первичных преобразователей напряжения являются измерительные трансформаторы напряжения ТV.

Особенностью измерительного трансформатора напряжения яв­ляется режим холостого хода (близкий к холостому ходу) его вторичной цепи (рисунок 3). Первичная обмотка трансформатора ТV с числом витков ω₁ включается на напряжение сети . Под действием напряжения по обмотке ω₁ проходит ток намагничива­ния , создающий в магнитопроводе магнитный поток Ф. Магнитный поток, в свою очередь, наводит в первичной ω₁ и вторичной ω₂ обмотках ЭДС с дейст­вующими значениями со­ответственно E₁ = 4,44f ω₁Ф, E₂ = 4,44f ω₂Ф. От­сюда

.

Рисунок 3 – Однофазный измерительный трансформатор напряжения

Отношение ω₁/ω₂ на­зывается коэффициентом трансформации и обозначается К_U. В режиме холостого хода = 0, а ток в первичной обмотке = . При этом и напряжение незначительно отличается от ЭДС . Поэтому