3.8 Компенсаторы напряжения

Компенсаторы относятся к приборам сравнения. Их подразделяют на две группы: для цепей постоянного и переменного тока.

Рисунок 49.

Принцип действия компенсаторов (потенциометров) постоянного тока заключается в том, что измеряемая ЭДС (или напряжения ) уравновешивается соответствующим падения напряжения

,

возникающем на соответствующем сопротивлении (реохорде) при прохождении по нему тока от внешнего источника напряжения .

Для узла А

.

Для замкнутого контура 2

,

где - сопротивление соединительных проводов.

Решая совместно эти уравнения относительно силы тока получим

. (30)

Для измерения ручкой 2 перемещают указатель 1 и ползунок реохорда, изменяя тем самым до тех пор, пока стрелка нуль прибора не покажет .

Из (30) видно, что это будет когда

, (31)

т.к. значение точно известно по шкале 3, то по (31) можно вычислить в момент когда .

Из (30) следует, что во время измерений требуется соблюдение .

Для обеспечения этого условия схему потенциометра дополняют третьим контуром (узлом установки силы рабочего тока), где - нормальный элемент, ЭДС которого точно известна, - образцовый резистор, - реостат, - трёхпозиционный переключатель.

Для установки силы рабочего тока переключатель переводят в положение (контроль). При этом для контура 3

,

откуда

.

После установки силы рабочего тока переключатель переводят в положение (измерение) и перемещением ползунка реохорда добиваются нулевого показания нуль прибора.

При этом

.

Рисунок 50.

Таким образом, измерение сводится к сравнению этого значения со значением ЭДС нормального элемента в масштабе отношения .

Высокая точность измерения потенциометром обусловлена тем, что при подсчёте измеряемой ЭДС исходят из значений и сопротивлений и , полученных с очень большой точностью.

Кроме того, в момент компенсации ток в измерительной цепи практически отсутствует, следовательно отсутствует методическая погрешность, вызываемая потреблением энергии от исследуемого объекте, и исключается влияние сопротивления соединительных проводов.

Предел допускаемой основной приведённой погрешности для потенциометров при

,

где , при ,

, при

- цена деления шкалы потенциометра.

В современных потенциометрах постоянного тока резистор выполнен из двух и более декад, сопротивление каждой из которых можно плавно регулировать.

3.9 Измерительные преобразователи

Измерительные преобразователи применяют для расширения диапазона измерений приборов.

К ним относятся: шунты, добавочные резисторы, делители напряжения, измерительные трансформаторы и др.

Шунты применяются только в комплекте с приборами магнитоэлектрической системы, т.к. из-за большой потребляемой мощности приборов других систем шунты получаются громоздкими.

Добавочные резисторы применяют для расширения пределов измерения вольтметров магнитоэлектрической, электромагнитной и электродинамической систем, а также цепей напряжения электродинамических вольтметров.

Делители напряжения используют для расширения пределов по напряжению (в цепях переменного и постоянного тока) приборов с высоким входным сопротивлением (электронные и цифровые вольтметры, осциллографы, электронные мосты и потенциометры и др.).

Делители бывают резистивные, ёмкостные и индуктивные.

.

Многопредельные делители выполняют по схеме с постоянным входным или выходным сопротивлением.

Рисунок 51.

Емкостные делители применяют для расширения пределов измерения электростатических вольтметров (в основном для цепей переменного тока).

.

Индуктивный делитель выполняют по трансформаторной схеме, и он представляет собой масштабный электромагнитный преобразователь напряжения.

.

Рисунок 52.

Измерительные трансформаторы предназначены для расширения пределов измерения амперметров (трансформаторы тока - ТТ) и вольтметров (трансформаторы напряжения - ТН) электромагнитной и магнитоэлектрической систем.

Рисунок 53.

Использование ИТ позволяет, с одной стороны, применять низковольтные приборы для измерения в цепях высокого напряжения, с другой стороны – обезопасить обслуживание высоковольтных установок. Кроме того, упрощаются конструкции измерительных приборов, т.к. они применяются в цепях низкого напряжения.

ИТ состоят из двух взаимоизолированных обмоток: первичной (число витков ) и вторичной (число витков ), помещённых на ферромагнитный сердечник. В трансформаторах тока обычно сила первичного тока больше, чем вторичного , поэтому в них  .

В трансформаторах напряжения первичное напряжение больше , поэтому в них  .

У ТТ первичная обмотка включается последовательно с нагрузкой, у ТН – параллельно нагрузке.

Чтобы определить значение измеряемого тока или напряжения, показания соответствующих приборов следует умножить на коэффициент трансформации по току или напряжению.

Для ТТ: ,

ТН: .

ТТ работает в режиме, близком к короткому замыканию, т.к. в его вторичную обмотку включаются приборы с малым сопротивлением.

Размыкание вторичной цепи является аварийным режимом, поскольку при этом намагничивание сердечника осуществляется полностью всем первичным током. Происходит насыщение сердечника, значение его магнитного сопротивления увеличивается, что приводит к нагреву и порче изоляции.

Кроме того, увеличенный магнитный поток индуцирует во вторичной обмотке ЭДС, достигающую опасных для жизни людей значений (до 2 кВт и выше).

Поэтому для осуществления необходимых переключений вторичная обмотка должна быть замкнута накоротко переключателем SA или на токовые обмотки приборов.

В зависимости от назначения ТТ разделяют на стационарные и переносные.

Номинальные значения силы тока ТТ: первичного в пределах , вторичного всегда , номинальные сопротивления вторичной цепи не должны превышать .

Выводы ТТ имеют обозначения: - первичной, - вторичной обмоток.

ТН работают в условиях, близких к режиму холостого хода, т.к. имеют большое сопротивление вторичной цепи.

Число приборов, подключаемых к ТН, определяется их суммарной мощностью, которая не должна превышать номинальной мощности ТН при номинальном напряжении.

ТН делятся на стационарные и переносные и выпускаются на номинальные значения первичных напряжений до , номинальные вторичные напряжения , номинальные мощности от 10 до .

Выводы: - первичная, - вторичная обмотки.

Лабораторные ТТ имеют класс точности , а стационарные ; ТН имеют класс точности .

Для безопасности персонала один из зажимов вторичной обмотки, а также сердечник ИТ заземляют. Кроме того, в обе обмотки ТН вставляют плавкие предохранители.