5.3 Еталони одиниці сили змінного струму

Як показує метрологічна практика розвинених країн, точні вимірювання сили змінного струму необхідні в діапазоні частот приблизно до 300 МГц. При цьому найбільша точність вимірювання потрібна на низьких і середніх частотах (до 1 МГц) при значеннях струму до 10 – 20 А. У більш високочастотному діапазоні вимоги до точності нижче, але сила струму може досягати сотень амперів. Тому і відповідні еталони в різних діапазонах будуються на різних принципах.

5.3.1 Еталон сили струму в діапазоні низьких і середніх частот

В еталонах одиниці сили змінного струму в цьому частотному діапазоні застосовується та ж методологія, що і в еталонах змінної напруги НЧ-діапазону, тобто відтворюється середньоквадратичне значення змінного струму

,

а для вимірювань використовується описаний вище метод теплового компарування з різночасовим порівнянням теплової дії змінного і постійного струмів [36, 37].

Структурна схема еталона при цьому приймає вид, показаний на рис. 5.21.

Рис. 5.21. Структурна схема еталона одиниці змінного струму НЧ-діапазону

При включенні ТП у коло змінного струму (перемикач П в положенні 1) виміряється термо-ЕРС , пропорційна:

. (5.10)

Потім ТП включають у ланцюг постійного струму. При цьому термо-ЕРС . Постійний струм регулюють таким чином, щоб одержати те ж значення термо-ЕРС, що і при подачі змінного струму, тобто.

При цьому вимірюють за допомогою потенціометра і мір ЕРС та опору. На основі рівностімаємо, тобто. Відзначимо, що джерела і характер похибок відтворення одиниці сили змінного струму аналогічні тим, що мають місце при відтворенні одиниці змінної напруги, однак є і деякі особливості, що впливають на конструкцію еталона, зокрема термоперетворювачів.

Оскільки в сумарній похибці відтворення розміру ампера похибка переходу зі змінного струму на постійний є домінуючою, то основні зусилля спрямовуються на розробку розрахункових та експериментальних методів її визначення і мінімізації. Зокрема, у багатьох еталонах обрана групова структура побудови, тобто по 2 – 3 еталонних ТП на кожний з номінальних струмів (рис 5.22).

Рис. 5.22. Комплект еталонних термоелектричних перетворювачів

змінного струму

Кожна група складається з ТП різних конструкцій. Так, в еталоні Росії до складу груп ТП на номінальні струми від 1 до 100 мА, крім вакуумних ТП типу ТВБ, входять повітряні багатоелементні ТП. Група ТП на струми від 0,3 до 20 А складається з багатоелементних ТП прямого включення, тобто без шунтів. Таким чином, створено різні конструкції ТП із використанням різних матеріалів і сплавів, оптимальні для конкретних значень струмів і піддіапазонів частот.

Групова структура еталона дозволяє визначати його метрологічні характеристики і частотні властивості шляхом взаємних звірень різних ТП.

Первинні еталони такого виду забезпечують відтворення розміру ампера в діапазоні струмів від 10^-3 до 20 А і діапазоні частот від 20 до 10⁶ Гц із СКВ від 5·10^-7 до 1·10^-4 і НСП від 1·10^-5 до 3·10^-4 .

Вторинні еталони, що застосовуються в СНД, також базуються на методі теплового компарування і мають діапазон струмів 10^-3 – 25 А, діапазон частот 20 - 10⁶ Гц і довірчі границі похибки (1,5 – 6,5)·10^-5.