Измерительные усилители.

Для усиления сигналов постоянного и переменного тока, т. е. для расширения пределов измерения в сторону малых сигналов, применяют измерительные усилители. По диапазону частот усиливаемых сигналов измерительные усилители бывают для постоянного тока и напряжения, низкочастотными (20 Гц - 200 кГц), высокочастотными (до 250 МГц) и селективными, усиливающими сигналы в узкой полосе частот. Измерительные усилители выполняют с нормированной погреш­ностью коэффициента передачи. Находят применение электрон­ные и фотогальванометрические усилители.

Применение электронных измерительных усилителей позволяет измерять сигналы от 0,1 мВ и 0,3 мкА с погрешностью от 0,1 до 1%. При меньших усиливаемых токах и напряжениях применяют фотогальванометрические усилители. Для усиления токов и напряжений от источников с большим внутренним сопротивлением используют электрометрические усилители, отличающиеся большим входным сопротивлением (до  Ом). Серийно выпускаемые измерительные усилители имеют унифицированный номинальный выходной сигнал 10 В или 5 мА.

Измерительные трансформаторы напряжения и тока.

Измерительные трансформаторы тока и напряжения используют как преобразователи больших переменных токов и напряжений в от­носительно малые токи и напряжения, допустимые для измерений приборами с небольшими стандартными пределами измерения (например, 5 А, 100 В). Применением измерительных трансфор­маторов в цепях высокого напряжения достигается безопасность для персонала, обслуживающего приборы, так как приборы при этом включаются в заземляемую цепь низкого напряжения (см. рис. 5.5).

Измерительные трансформаторы состоят из двух изолирован­ных друг от друга обмоток: первичной с числом витков и вторичной - , помещенных на ферромагнитный сердечник (рис. 5.5, а и б). (Для правильного включения трансформаторов и приборов зажимы трансформатора обозначают, как показано па рисунке.).

В трансформаторах тока, как правило, первичный ток больше вторичного поэтому у них . В трансформаторах тока с , свыше 500 А первичная обмотка может состоять из одного витка в виде шины, проходящей через окно сердечника. В трансформаторах напряжения первичное напряжение больше вторичного поэтому у них .

Рис. 5.5. Схемы включения измерительных трансформаторов тока (а) и напряжения (б)

Вторичное номинальное напряжение у стандартных транс­форматоров составляет 100 или 100/31/2 В при разных значениях первичного номи­нального, напряжения .

По схемам включения в измеряемую цепь и по условию работы трансформаторы тока и напряжения отличаются друг от друга. Первичную обмотку трансформатора тока включают в измеряемую цепь последовательно, а трансформаторов напряжения параллельно. Измерительные приборы включают во вторичную обмотку трансформаторов.

По показаниям приборов можно определить значения измеря­емых величин. Для этого необходимо показания приборов умножить на коэффициенты и . Для трансформатора тока , a для трансформатора напряжения . Коэффициенты и называют действительными коэффициентами трансформации.

Как будет показано ниже, и изменяются не пропорцио­нально и , т. е. и непостоянны. Они зависят от значений токов и напряжений, характера и значения нагрузки вторичной цепи, частоты тока, а также от конструкции трансформатора и материала сердечника и обычно неизвестны. Поэтому показания приборов умножают не на действительные, а на постоянные номинальные коэффициенты трансформации:

; .

Определение измеряемых величин по номинальным коэффи­циентам трансформации приводит к погрешностям. Относительная погрешность (в процентах) вследствие неравенства действи­тельного и номинального коэффициентов трансформации для трансформатора тока

fI=100(I1/-I1)/ I1=100(КIн-КI)/ КI,

где I1/= КIнI2 и I1=КII2, а для трансформатора напряжения

fU=100(U1/-U1)/U1=100(КUн-КU)/КU,

где U1/= КUнU2 и U1=КUU2.

Погрешность , называют токовой погрешностью, a — по­грешностью напряжения. У измерительных трансформаторов имеется еще так называемая угловая погрешность из-за неточности передачи фазы первичной величины вторичной величине. Угловая погрешность измерительных трансформаторов 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.

Как известно из теории трансформаторов, в идеальном случае фазовый сдвиг между вектором вторичного тока трансформатора тока и вектором первичного тока составляет 180°. Такой же фазовый сдвиг должен быть между векторами вторичного и первичного напряжений в трансформаторе напряжения. В реальных трансформаторах угол между повернутым на 180° вектором вторичной величины ( или ) и соответствующим вектором первичной величины ( или ) не равен нулю, а составляет угол δ, который называют угловой погрешностью трансформатора. Погрешность считается положительной, если повернутый на 180° вектор вторичной величины опережает вектор первичной величины.