Лекція №14 Тема. Шунти.Розширення меж вимірювання струмів електроприладами. Додаткові опори. Розширення меж вимірювання напруг електроприладами

План

1. Призначення шунтів

2. Поняття про зовнішні шунти

3. Поняття про внутрішні шунти

4. Призначення додаткових опорів

5. Схема вмикання приладів із додатковими опорами

Щунт (електричний) — це електричний провідник, що приєднується для відведення частини електричного струму в обхід даної ділянки електричного кола. Це резистор, виконаний з манганінових дротів, стрижнів або штаб, жорстко приєднаних з обох кінців до мідних чи латунних наконечників. Кожний з наконечників має два от­вори: один значного діаметра, для приєднання провідника, по якому протікає вимірюваний струм, і другий, малого діаметра, для приєднання провідника, що йде до вимірю­вального приладу — магнітоелектричного мілівольтметра. Шунти виготовляють на номінальні струми до 7500 А. Кілька шунтів із позначенням їхніх номінальних струмів показано на рис. 17.1. У зв'язку з тим, що шунти розрахо­вано на приєднання до них магнітоелектричних мілівольт­метрів, опір цих шунтів підганяють до такої величини, щоб при номінальному струмі шунта падіння напруги на ньому становило 45, 75 або 120 мВ (перші дві напруги мають пе­ревагу). Шунти, виконані на великі величини струмів, — стаціонарні, призначені для жорсткого кріплення до неру­хомих конструкцій. Часто такі шунти встановлюються без­посередньо на струмоведучих шинах, над місцем їх розриву. Мілівольтметр до шунта приєднують за допомогою калібро­ваних провідників. Шунти, виконані на відносно невеликі струми, частіш за все — переносні. Шунти на відносно малі струми можуть бути виконані на декілька границь вимірю­вання. Схему універсального шунта, призначеного на кілька номінальних струмів і розрахованого при цьому на викори­стання лише одного мілівольтметра, зображено на рис. 17.2.

У разі вимірювань величини струмів із застосуванням шунтів треба враховувати, що мілівольтметр, який показує величину струму, перебуває під напругою, що відповідає величині напруги у точці кола, де приєднано шунт. І якщо ця напруга висока, то поводитись з приладом і проводами, що приєднані до нього, слід відповідно до правил безпеки праці. Схема вмикання шунта з мілівольтметром для ви­мірювання струму зображена на рис. 17.3.

Рис. 17.1 Електричні шунти

Окрім описаних зовнішніх шунтів, що використовуються лише з магнітоелектричними мілівольтметрами, у приладах бувають внутрішні шунти. Такі шунти індивідуальні для кожного приладу і вмонтовуються як у магнітоелектричні, так і у електродинамічні та феродинамічні амперметри, де вкрай необхідні, бо спіральні пружинки, що підводять струм до обмоток рамок рухомої частини приладу, нездатніпропускати через себе хоч який значний струм. Частіш за все ці пружинки здатні на пропускання струму всього у кілька десятків міліампер, або й ще менших.

Рис. 17.2 Схема універсального шунта з приєднаним до нього мілівольтметром

Рис. 17.3 Схема вмикання мілівольтметра з шунтом для вимірювання струму

Додатковий опір — це набір точно підібраних елементів опору (котушок, пластин), об'єднаних у одному корпусі й призначених для вмикання послідовно в коло вольт­метра або в коло напруги ватметра для збільшення межі вимірювання напруги вольтметра чи межі напруги ват­метра.

Для роботи з магнітоелектричними вольтметрами вироб­ляють додаткові опори на величини номінальних струмів 3; 5; 7,5 мА. Для роботи з електродинамічними або електро­магнітними вольтметрами чи з колом напруги електроди­намічних ватметрів виробляють додаткові опори з номіна­льними струмами 15 і ЗО мА.

Додаткові опори можуть розширювати межі вимірюван­ня напруги до 3000 В.

Додаткові опори мають елементи з активним опором і захисний корпус. Якщо цей опір розширює межі вимірю­вань до високих напруг, то його металевий корпус повинен мати затискач для приєднання проводу заземлення.

Схему вмикання додаткових опорів з вольтметром та ватметром наведено на рис. 17.4.

Рис. 17.4 Схема вмикання приладів з додатковими опорами

При використанні додаткових опорів вкрай необхідно, щоб величина номінального струму кола напруги приладу точно збігалася з величиною номінального струму додатко­вого опору, а номінальна напруга приладу — зі значенням напруги, вказаним на першому затискачі додаткового опору.

Зазначимо, шо додаткові опори, призначені для вмикан­ня з магнітоелектричними приладами, працюють як і при­лади, тільки на постійному струмі.

Додаткові опори, призначені до роботи з електро­магнітними та електродинамічними приладами, можуть працювати як на постійному, так і на змінному струмах.

Лекція №15

Тема. Вимірювальні перетворювачі механічних величин

із змінними активними опорами.Індуктивні вимірювальні

перетворювачі.Індукційні вимірювальні перетворювачі

План

1. Загальні поняття про датчики

2. Класифікація перетворювачів

3. Призначення тензометрів

До цієї групи відносять реостатні перетворювачі пе­реміщень і тензорезистивні перетворювачі.

Реостатні перетворювачі (датчики) переміщень викону­ють на основі намотаних дротом високого питомого опору резисторів з повзунком, що пересувається під дією об'єкта, розмір переміщення котрого необхідно вимірю­вати.

Рис. 18.1 Реостатні перетворювачі: а — прямолінійний; б — коловий

Для контролю величини поступальних переміщень, або обмежених кутових переміщень застосовують прямолінійні реостати, а для контролю величини значних кутових пе­реміщень — дугові чи кутові. Дві можливі конструкції рео­статів показано на рис. 18.1, а, 6.

У цих перетворювачах величина опору чи напруги між нерухомим і рухомим контактами є залежною від величини переміщення рухомого контакту відносно нерухомого.

Для визначення величини сили, що діє на будь-яку кон­струкцію, найпростішим перетворювачем може бути дріт, що розтягується разом з конструкцією, до якої його прик­ріплено, та змінює величину свого електричного опору. Та­кий перетворювач зображено на рис. 18.2. Він складається з паперової чи плівкової полімерної підкладки 7, на яку на­клеєно дріт 3 матеріалу, чутливого до розтягування й здатного змінювати при цьому свій опір. До кінців цього дроту зварюванням чи паянням прикріплено мідні проводи, що з'єднують перетворювач з вимірювальною схемою. Поверх перетворювача наклеєно захисний шар паперу. Такі перетворювачі називають тензометрами.

Рис. 18.2 Тензорезистивний перетворювач

Дротяні тензометри наклеюють на чисту поверхню ви­пробуваної конструкції 2 за допомогою клею. Мідні проводи, що виходять з тензометра, приєднують до мостової або потенціометричної схеми, що вимірює опір.

Про величину сили, що діє на випробувану конструкцію, роблять висно­вок за величиною зміни опору при розтягуванні тензометра разом з конструкцією.

Тензометри виготовляють з тонкого (діаметр 0,02... ...0,05 мм) константанового, копелевого, ніхромового чи нікелевого дроту, укладеного у 2...40 рядів. Довжина цих рядів від 5 до 25 мм, хоча інколи може досягти й 100 мм. Ширина тензометра 1...10 мм.

В індуктивному перетворювачі при взаємному пе­реміщенні його частин змінюється опір магнітного кола, а разом з ним і величина індуктивності обмотки цього перетворювача. Чим більшим буде магнітний опір, тим меншою стане величина індуктивності обмотки, а від­так, і її реактивний опір.

Два різновиди індуктивних перетворювачів показано на рис. 18.3. Перетворювач, що є на рис. 18.3, а, можна засто­совувати для вимірювання відносно малих переміщень — від сотих часток міліметра до 5... 10 мм. Перетворювач, зоб­ражений на рис. 18.3, б, здатний вимірювати величини пе­реміщення його рухомої частини 2 до 100... 120 мм. Якщо відстань / у обох перетворювачів зменшується, то змен­шується величина магнітного опору їхніх магнітних систем і збільшується величина індуктивності обмоток 3 цих пере­творювачів. Якщо обмотки 3 через прилад, що вимірює струм, приєднати до джерела змінного струму з відомою і незмінною величиною напруги, то за величиною струму, яку показує прилад, можна мати уявлення про величину /, що є між рухомими частинами перетворювачів і кінцевим їхнім положенням. На рис. 18.3, в показано (орієнтовно) за­лежність між величиною струму котушок перетворювачів від відстаней /. При значних величинах /, де величина індук­тивності котушок найменша, бо визначається лише величи­нами магнітних опорів розсіювання магнітних потоків у повітрі, переміщення рухомих частин перетворювачів (якорів) майже не впливає на величини струмів котушок. Звичайно, для перетворювачів такі відстані слід визнати не­робочими.

Рис.18.3 Індуктивні перетворювачі

Подібні перетворювачі працюють на частотах 50 Гц (найчастіше), і при підвищених частотах — 400...1000 Гц. При підвищених частотах індуктивні перетворювачі бувають меншими за розмірами ніж ті, що працюють на частоті 50 Гц.

Індукційні перетворювачі працюють завдяки наявності магнітної індукції. Індукційні перетворювачі, що створюють електричні сигнали, пропорційні швидкостям поступально­го і обертового руху, показано на рис. 18.4. У обмотках 1 цих перетворювачів, при їх рухові у магнітному полі, ство­рюваному постійними магнітами 2, виникають ЕРС, про­порційні швидкостям руху цих обмоток (точніше — про­порційні швидкостям, з якими витки цих обмоток перети­нають силові лінії магнітних полів).

Перетворювач, зображений на рис. 18.4, а, придатний лише для контролю швидкості зворотно-посту­пального руху, наприклад, для вимірювань швидкостей вібрації. Щодо перетворювача, зображеного на рис. і 8.4, б, то він придатний для вироблення сигналу й при безперерв­ному обертанні обмотки 1 у магнітному полі. Тільки у цьо­му разі ЕРС, що виникає в обмотці, на кожному її оберті

Рис. 18.4 Індукційні перетворювачі

двічі змінюватиме знак, тобто обмотка вироблятиме ЕРС змінного струму. На основі такого перетворювача викону­ють перетворювачі швидкості обертання у пропорційну їй ЕРС змінного струму, якщо ЕРС з кінців обмотки знімати щітками з контактних кілець; чи постійного струму, якщо зняття ЕРС з обмотки виконують за допомогою колектора. Подібні перетворювачі (рис. 18.4, б) називають тахогенера­торами, їх широко застосовують для вимірювання швид­кості обертання в усіх галузях техніки.