3.2. Измерительные преобразователи

Для расширения пределов измерения приборов применяются масштабные измерительные преобразователи.

1. Шунты. Для расширения пределов измерения по току измерительных механизмов магнитоэлектрической системы применяют специальные резисторы – шунты (рис. 3.2).

Сопротивление шунтового резистора вычисляется по формуле

(3.3)

где - отношение, показывающее во сколько раз измеряемый ток I превышает допустимое значение тока прибора I_A называется коэффициентом шунтирования и является множителем для показаний амперметра, измеряющего ток I; R_А – внутреннее сопротивление амперметра.

У амперметров с шунтами собственное сопротивление всегда меньше, чем у амперметров без шунтов. Однако погрешность измерения токов зависит не только от неточности показаний, но и от неточности изготовления (выбора) сопротивления шунта. Кроме этого возникает дополнительная температурная погрешность приборов.

2. Добавочные резисторы. Применяются для расширения пределов измерений вольтметров, измеряющих постоянные и переменные напряжения (рис. 3.3).

Предел изменения по напряжению рассчитывается по формуле

,

где I – допустимое значение тока прибора, R_V – его внутреннее сопротивление.

Добавочное сопротивление для измеряемого напряжения U вычисляется по формуле

, (3.4)

где - отношение, показывающее во сколько раз измеряемое напряжение превышает допустимое U_V .

Следует заметить, что с увеличением величины R_ДОБ входное сопротивление вольтметра увеличивается, а при одинаковых пределах двух вольтметров входное сопротивление у более чувствительного прибора всегда будет больше, т.к. требуется меньший ток, а, следовательно, большее R_ДОБ для одинаковых пределов измерения.

Однако вольтметры с добавочными резисторами имеют большую погрешность за счет неравенства подбора реального добавочного резистора расчетному. Кроме того возникает дополнительная температурная погрешность.

3. Измерительные трансформаторы переменного тока. Измерительные трансформаторы тока (ИТТ) и напряжения (ИТН) используются как преобразователи больших переменных токов и напряжений в относительно малые токи и напряжения, допустимые для измерений приборами с небольшими стандартными пределами измерений (например, 5А и 100В). Применением измерительных трансформаторов в цепях высокого напряжения достигается безопасность персонала, обслуживающего приборы, т.к. приборы при этом включаются в заземленную цепь низкого напряжения.

У трансформаторов тока первичный ток I₁ обычно больше вторичного I₂, поэтому число витков первичной обмотки w₁ меньше числа витков вторичной w₂. У трансформаторов с первичная обмотка состоит из одного витка в виде шины, проходящей через окно сердечника (рис. 3.4).

В трансформаторах напряжения первичное напряжение U₁ больше вторичного U₂, поэтому . Вторичные номинальные напряжения стандартных трансформаторов составляют 100 или В при разных значениях первичных номинальных напряжений.

Первичную обмотку трансформатора тока включают в разрыв измеряемой цепи (фазы), а трансформатора напряжения параллельно. Измерительные приборы (амперметры, вольтметры, ваттметры, счетчики электрической энергии) включают во вторичные обмотки трансформаторов.

По показаниям приборов определяют значения измеряемых величин, умножая их показания на коэффициент трансформации по току К_I и по напряжению К_V. Однако, токи I₂ и напряжения U₂ изменяются не пропорционально токам I₁ и напряжениям U₁ ,т.к. К_I и К_V не постоянны. Они зависят от этих токов и напряжений (а не только от соотношения числа витков), от конструкции трансформаторов и материала сердечников. Поэтому показания приборов умножают не на действительные, а на расчетные (номинальные) коэффициенты трансформации

.

Определение измеряемых величин по номинальным коэффициентам трансформации приводит к погрешностям. Класс точности измерительных трансформаторов указывает пределы относительных погрешностей номинальных коэффициентов трансформации, если первичные I₁и U₁ не превышают 20 % их номинальных значений.

Кроме этого измерительные трансформаторы вызывают еще так называемую угловую погрешность из-за неточности передачи фазы первичной величины во вторичную цепь. Эта погрешность оказывает влияние на показания приборов, отклонение подвижной части которых зависит от фазового сдвига между токами в цепях этих приборов. К ним относятся ваттметры, счетчики электрической энергии, фазометры.