54. Схема и принцип действия компенсатора постоянного тока.

Компенсаторы — приборы в которых измерение производится методом сравнения измеряемой величины с эталонной. Принцип действия компенсатора основан на уравновешивании (компенсации) измеряемого напряжения известным падением напряжения на образцовом резисторе. Момент полной компенсации фиксируется индикаторным прибором (нуль-индикатором), Раз­работаны компенсаторы переменного и постоянного тока. Компенсационный метод применяется также в цифровых измерительных приборах.

 Источник, постоянного напряжения Е 0 обеспечивает протекание рабочего тока Iр по цепи, состоящей из последовательно включенных измерительного Rи , установочного (образцового) Rу и регулировочного R рег резисторов. В ка­честве источника образцовой ЭДС (меры ЭДС) используется нормальный элемент Енэ — изготавливаемый по специальной технологии гальванический элемент,    среднее значение ЭДС которого при температуре 20° С известно с точностью до пятого знака и равно Енэ = 1,0186 В. Установочный резистор R у , представляет собой катушку сопротивлений специальной конструкции с точно известным и стабильным сопротивлением. В схеме элементНИ — нуль-индикатор, реагирующий на очень маленькие постоянные токи (чувст­вительность по току S ни — порядка 10 -10 дел/А).

Рис 8.4 Упрощенная принципиальная схема компенсатора постоянного тока. 

С помощью компенсатора можно также определять ток в исследуемом устройстве, преобразовав его предварительно в напряжение согласно форму­ле Ix = Ux/R 0 , где R 0 — образцовое сопротивление.

При измерениях напряжений на производстве применение находят авто­матические компенсаторы, в которых поддерживается разностное значение △ Ux = Iр Rнач- Iр Rкон        0 с    помощью следящей системы. Здесь Rнач и Rкон  — части измерительного сопротивления в начале и конце цикла слежения.

В современных конструкциях компенсаторов вместо нормального эле­мента часто применяются эталонные (в частности стабилизированные) ис­точники напряжения с более высоким значением коэффициента стабилиза­ции, что позволяет расширить верхний предел измерения компенсатора до нескольких десятков вольт.

Погрешность компенсатора постоянного тока определяется погрешностями резисторов Rи, Rу , ЭДС нормального элемента Енэ , а также чувствительностью нуль-индикатора. Современные потенциометры постоянного тока имеют класс точности от 0,0005 до 0,2. Верхний предел измерения до 1...2,5 В. При достаточной чувствительности нуль-индикатора нижний  пре­дел измерения может составлять единицы нановольт.        

Компенсационные методы используются также для измерений и на пере­менном токе.

55. Структурная схема и принцип действия цифрового измерительного прибора.

Цифровой измерительный прибор – это прибор, автоматически вырабатывающий сигналы измерительной информации, показания которого представлены в цифровой форме.

Действие цифровых измерительных приборов основано на преобразовании измеряемой аналоговой (непрерывной) величины в соответствующую дискретную с последующей индикацией результатов в виде цифры. Таким образом, непрерывная измеряемая величина представляется соответствующим дискретным аналогом в виде ряда импульсов, следующих в определенной последовательности во времени и в пространстве. Такую систему представления измерительной информации называют кодом, а процесс преобразования сигналов в цифровую форму – аналого-цифровым преобразованием.

 Несмотря на то, что схемные и конструктивные особенности цифровых измерительных приборов разнообразны, принципы их построения имеют много общего. Эти принципы можно рассмотреть с помощью обобщенной структурной схемы прибора. Измеряемая аналоговая величина х поступает во входное устройство прибора, представляющее собой масштабный преобразователь. Здесь она при необходимости ограничивается или усиливается и подается в аналого-цифровой преобразователь, где преобразуется в цифровую форму. После преобразования информация воспроизводится в виде соответствующего числа на цифровом индикаторе. Для согласования функций всех элементов прибора используется схема управления.

Масштабный преобразователь цифрового измерительного прибора устроен аналогично входному устройству электронного прибора. В некоторых конструкциях на входе прибора установлен фильтр для исключения помех. Аналого-цифровые преобразователи строят с использованием различных способов преобразования (рассматриваются в основах информатики и вычислительной техники). Отсчетные устройства цифровых измерительных приборов позволяют визуально наблюдать результаты измерений в цифровой форме. Для этого измерительные приборы комплектуются различными цифровыми индикаторами – электровакуумными и жидкокристаллическими.

 Обычно индикаторы цифровых измерительных приборов имеют от четырех до восьми разрядов. В большинстве из них предусмотрена десятичная запятая (точка), которая может перемещаться в соответствии с выбранным диапазоном измерений.

 Из цифровых измерительных приборов широко применяются вольтметры постоянного тока, которыми можно измерять напряжение в диапазоне 1 мкВ...1000 В с погрешностью не выше 0,1 %. У цифровых вольтметров переменного тока по сравнению с вольтметрами постоянного тока точность измерений, ниже.

 Применение микропроцессоров в измерительных приборах упрощает процесс измерений, позволяет выполнять автоматически поверку и калибровку (в том числе и во время измерений), статистическую обработку измерительной информации и улучшать метрологические характеристики приборов. Так, современные микропроцессорные вольтметры – многопрограммные приборы. Они позволяют умножать (делить) измеряемое напряжение на постоянную величину, определять его статистические параметры (среднее квадратическое отклонение, дисперсию, математическое ожидание и др.) и хранить измерительную информацию.

 Цифровые измерительные приборы – перспективные средства измерений различных параметров. Их применяют во многих отраслях агропромышленного производства.

56. Причины возникновения погрешностей цифровых измерительных приборов. Погрешность измерительного прибора представляет собой отклонение его показания от значения воздействующей на вход измеряемой величины. Поэтому источники погрешности измерительного прибора совпадают с таковыми для измерительного преобразователя. В качестве причин возникновения погрешностей являются: несовершенство методов измерений, технических средств, применяемых при измерениях, и органов чувств наблюдателя. В отдельную группу следует объединить причины, связанные с влиянием условий проведения измерений.

57. Измерение силы тока и напряжения в цепях постоянного тока Для измерения в цепях постоянного тока следует применять магнитоэлектрические приборы., имеющие равномерную шкалу, обладающие высокой точностью и стабильностью показаний и не подверженные влиянию внешних магнитных полей. Измерение силы тока и напряжения бывают двух видов: 1) Постоянные измерения, 2) Оперативные измерения Постоянные измерения это когда измерительные приборы установлены в электрооборудовании на постоянной основе. Амперметры обычно подключают через трансформаторы тока, так как ток может быть слишком большой для подключения прибора на прямую. Трансформаторы тока такие же, как и при подключении электросчетчика. При измерении постоянного тока, Амперметр подключают параллельно сопротивлению. Для измерения напряжения вольтметры в сетях ниже 1000 Вольт подключают напрямую. А свыше 1000 Вольт через трансформаторы напряжения.. Измерение постоянного тока должно производиться в цепях: 1. аккумуляторных батарей, зарядных, подзарядных и разрядных устройств; 2. генераторов постоянного тока и силовых преобразователей; 3. возбуждения синхронных генераторов, компенсаторов, а также электродвигателей с регулируемым возбуждением. Если возможно изменение полярности тока, амперметры постоянного тока должны иметь шкалу с нулевой отметкой посередине. Измерение напряжения, должно производиться в цепях: 1.  силовых преобразователей, аккумуляторных батарей, зарядных и подзарядных устройств. 2. генераторов постоянного и переменного тока, синхронных компенсаторов, а также в отдельных случаях в цепях агрегатов специального назначения. 3. возбуждения синхронных машин мощностью 1 МВт и более. В цепях возбуждения гидрогенераторов измерение не обязательно; 4. на секциях сборных шин постоянного и переменного тока, которые могут работать раздельно. 5. дугогасящих реакторов. На трансформаторных подстанциях напряжение измеряется на стороне низшего напряжения, в тех случаях, когда установка трансформаторов напряжения на стороне высшего напряжения не требуется для других целей (например, для электросчетчиков).

58. Измерение силы тока и напряжений в цепях переменного тока Для измерения силы тока и напряжения в цепях переменного тока, как правило, используют электромагнитные приборы, а для измерения мощности — электродинамические или ферродинамические ваттметры. Необходимо оценивать порядок измеряемой величины и подбирать прибор на такой предел измерения, чтобы показания его можно было снимать в конце шкалы или во второй ее половине. В цепях переменного трехфазного тока обычно, измеряют ток одной фазы. Измерение тока каждой фазы должно производиться: для синхронных турбогенераторов мощностью 12 МВт и более; для линий электропередачи с пофазным управлением; линий с продольной компенсацией; линий для которых предусматривается возможность длительной работы в неполнофазном режиме; в некоторых случаях на линий электропередачи 330 кВ и выше с трехфазным управлением; для дуговых электропечей.

59. Измерение мощности в цепях постоянного тока. Косвенный метод: исходя из произведения напряжения и тока   , мощность может быть определена по результатам измерения напряжения и тока магнитоэлектрическим амперметром и вольтметром. Прямой метод – с помощью электродинамического ваттметра. Элементы конструкции ваттметра: неподвижная катушка – работает как амперметр; подвижная катушка – работает как вольтметр. Угол поворота подвижной части ваттметра  всегда пропорционален измеряемой мощности:  .

60. Измерение мощности в  цепях переменного тока.

В однофазных цепях активная мощность

Реактивная мощность измеряется только в трехфазных цепях.

С целью расширения пределов измерения ваттметра его включают через измерительные трансформаторы тока и напряжения. При этом

В трехфазных цепях активную мощность измеряют электродинамическими и ферродинамическими ваттметрами. В зависимости от вида трехфазной системы, ее симметрии, схемы соединении фаз приемника энергии, различают несколько схем измерения.

Трехпроводная система с симметричной нагрузкой фаз, независимо от схемы соединения фаз приемника энергии (звезда или треугольник)  – метод одного ваттметра,  .

Трехпроводная система с несимметричной нагрузкой фаз независимо от схемы соединения – метод двух ваттметров,

Четырехпроводная система – метод трех ваттметров,

Можно пользоваться и одним трехэлементным ваттметром.