книги из ГПНТБ / Попов В.С. Электрические измерения (с лабораторными работами) учебник

U'x, то контактор РП-5 переключится в верхнее положе-

РП.-5

ние, так что при перемещении щетки на следующую ла­ мель реле Рп возвратится в исходное положение, отклю­ чив соответствующее сопротивление.

170

После обхода всех реле будет достигнута компенсация

Прибор имеет два режима работы: разовые и периоди­ ческие измерения. Выбор режима производится клавиш­ ным переключателем рода работы.

Сопротивление вольтметра зависит от предела изме­ рения и изменяется от 100 кОм до 100 МОм. Основная погрешность его ± 0 , 1 % + единица младшего разряда. Время одного измерения 1,5 с. Интервал между измере­ ниями можно регулировать от 3 до 30 с.

Цифровые вольтметры типа ГД1411 отличаются от рас­ смотренных большей точностью (основная погрешность их не превышает ± 0 , 0 5 % ) и наличием четвертого разряда

вотсчетном устройстве.

Вкачестве примера электронных цифровых вольт­ метров рассмотрим вольтметр типа В7-8, работающий на время-импульсном методе преобразования измеряемой ве­ личины. Вольтметр предназначен для измерений постоян­

ных и переменных напряжений частотой от 20 Гц до 200 кГц и имеет три предела измерения: 10—100—1 000 В. Основная погрешность его при измерении постоянного напряжения составляет примерно ± ( 0 , 1 — 0 , 3 % ) , а при измерении переменного напряжения с частотой от 20 Гц до 20 кГц примерно ± ( 0 , 3 — 0 , 5 % ) .

Продолжительность цикла измерения не превышает 0,03 с.

Вольтметр питается от сети с частотой 50 Гц, напря­ жением 220 В, мощность потерь в нем не превышает 145 Вт.

Измеряемое напряжение подводится к делителю на­

ременного напряжения оно после делителя преобразуется в преобразователе Пр в постоянное напряжение, которое и поступает на УПТ. В усилителе происходит усиление напряжения и преобразование его в симметричное. Два выхода УПТ соединены с входными зажимами сравниваю­ щих устройств СУ1 и СУ2, так что один входной сигнал УПТ подается па СУ1, а другой на СУ2. Кроме того, на СУ1 и СУ2 подается линейно изменяющееся напряже­ ние от генератора компенсирующего напряжения ГКН.

171

В начальный момент tx сравнения измеряемого.напря­ жения с компенсирующим напряясепием и в конце этого процесса сравнения t2 СУ1 и СУ2 выдают два импульса. Первый из них отпирает генератор образцовой частоты ГОЧ, а второй запирает его. В течепие времени tx = t2 — tx пропорционально измеряемому напряжению Ux на счет­ ное устройство СчУ поступают импульсы от ГОЧ. Число

этих импульсов, пропорциональное величине измеряемого напряжения, фиксируется СчУ. Это устройство состоит из декад ДК1—ДК4 и устройства выбора полярности и дополнительного разряда УПДР (рис. 5-33).

При измеряемом напряжении, превышающем 10 В, четырех декад (9,999) становится недостаточно, и импуль­ сом с выхода старшей декады включается дополнительный разряд УПДР.

Очередность срабатывания СУ1 и СУ2 определяется полярностью постоянного измеряемого напряжения, и отрицательная полярность его на отсчетном устройстве вольтметра отмечается знаком минус.

б) Частотомеры и фазометры

Структурная схема цифрового частотомера с частотноимпульсным кодированием для измерения мгновенного значения частоты дана па рис. 5-34.

Напряжение, частота fx которого измеряется, подво­ дится к формирующему устройству ФУ, в котором сину­ соидальное напряжение преобразуется в импульсы пря­ моугольной формы, с периодом, соответствующим периоду подведенного напряжения. Электронный ключ ЭК от­ крывается первым положительным импульсом и запи­ рается вторым импульсом, поступающим от формирова-

172

теля импульсов, так что он открыт в течение времени Тху соответствующего периоду измеряемого напряжения. В течепие периода Тх от генератора стабильных импульсов ГСИ через ключ ЭК на счетчик импульсов СИ поступают

цифрового фазометра, работающего на том же принципе,

частотой /„ . Они продолжаются до тех пор, пока перед­ ний фронт прямоугольного импульса, соответствующего испытуемому напряжению UX) не закроет ЭК. Таким образом, число импульсов N, пропорциональное сдвигу фаз между напряжениями Ux и UQ, фиксируется счет­ чиком импульсов и отсчитывается на ЦИ.

Наряду с частотомерами и фазометрами для измере­ ний мгновенных значений применяются цифровые при­ боры для измерения величин по их средним значе­ ниям. >

173

В Ц Е П Я Х ПОСТОЯННОГО И ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ПРОМЫШЛЕННОЙ ЧАСТОТЫ И В Т Р Е Х Ф А З Н Ы Х Ц Е П Я Х

Токи и напряжения, которые приходится измерять, весьма различны по модулю, форме кривой мгновенных значений п частоте. Различными могут быть требования и к точности измерений. Разнообразны и условия, в ко­ торых производятся измерения. Поэтому разнообразны прпборы и методы измерений токов и напряжений.

Постоянные токи от 1 мкА до 6 кА и напряжения от 1 мВ до 1,5 кВ обычно измеряют приборами магнитоэлек­ трической системы, представляющими собой измеритель­ ные механизмы той же системы счпунтом или добавочным сопротивлением. Амперметры и вольтметры указанной системы изготовляются классов точпости 0,1 —2,5. Боль­ шая точность измерений постоянных токов и напряжений (погрешность до 0,01%) достигается применением компен­ сационных методов и цифровых вольтметров.

Постоянные токи и напряжения меньше 1 мкА или 1 мВ измеряются магнитоэлектрическими гальваномет­

стоянного тока. Болыппе постоянные токи порядка килоампер можно измерять также измерительными устройст­ вами с датчиками Холла. В высоковольтных цепях по­ стоянного тока для пзмереппя напряжения применяются также вольтметры электростатической системы с номи­ нальным напряжением до 100 кВ.

В низковольтных (до 500 В) цепях переменного тока

5 • 102 В) производится приборами непосредственной оценки различных систем, рассмотренных в гл. 3. Выбор системы определяется предельным значением измеряемой вели­ чины, точностью, условиями измерений и свойствами системы. ,

При измерениях низкой и средней точности применяют приборы электромагнитной системы соответственно клас­ сов 1,5—2.^5 или 0,2—0,5. Большую точность обеспечи­ вают приборы электродинамической системы классов 0,1 и 0,2.

174

Если при измерении напряжения энергия потребле­ ния вольтметра должна быть мала, то применяются элек­ тростатические или выпрямительные вольтметры.

Средние и большие переменные токи измеряют ампер­ метрами, включаемыми через измерительные трансформа­ торы тока, а малые переменные токи — термоэлектриче­ скими, выпрямительными, электронными и вибрацион­ ными гальванометрами. Эти же приборы используют в ка­ честве нулевых индикаторов. Вместо перечисленных галь­ ванометров можно использовать компараторы.

Компаратор — это прибор сравнения, основанный на применении измерительного преобразователя, на который

одинаково воздействуют переменные и постоянные элек­ трические величины. Установив равенство измеряемой переменной величины с постоянной, последнюю, а следо­ вательно, и первую можно определить с высокой точностью, например, с помощью компенсатора постоянного тока.

Запись токов и напряжений Производится самопишу­ щими приборами в цепи постоянного тока — магнито­ электрической системы, а в цепях переменного тока —• ферродинамической системы.

В трехфазных цепях в большинстве случаев ограни­ чиваются измерением одного из линейных токов и одного из линейных напряжений, причем измерения произво­ дятся так же, как и в однофазных цепях. В цепях низ­ кого напряжения для измерения трех линейных напряже­ ний иногда применяется один вольтметр с переключа­ телем (рис. 5-36).

Для измерения трех линейных токов- в трехфазной трехпроводной цепи с применением трансформаторов тока достаточно иметь два трансформатора (рис. 5-37). Это

175

I

непосредственно следует из свойства суммы линейных токов

IA + + ic = 0.

Таким образом, сумма двух линейных токов равна третьему линейному току, взятому с обратным знаком, например £д + гв = — ic (рис. 5-37).

Для измерения трех линейных напряжений трехфаз­ ной трехпроводной цепи с применением трансформаторов напряжения достаточно двух трансформаторов, что непосред­ ственно вытекает из свойств суммы линейных напряжений:

При синусоидально-изменяющейся величине коэффи­ циенты формы кривой кф и амплитуды ка имеют опреде­ ленные постоянные значения кф — U/Ucv = 1,11 и к& — = Um/U = 1^2 = 1,41, поэтому, измерив одно из трех указанных выше значений измеряемой величины, легко определить остальные. Например, если вольтметр изме-

176

тупой будет кривая измеряемой величины, тем ближе она

циенты кф и к"а по сравнению с кф и /са для синусоиды. При несинусоидальной кривой измеряемой величины

вольтметры (амперметры) различных систем ведут себя по-разному: 1) у приборов электромагнитной, электро­ динамической, электростатической, термоэлектрической и частично электронной систем угол поворота определяется действующим значением измеряемой величины; 2) у при­ боров выпрямительной и частично электронной систем угол поворота определяется средним значением измеряе­ мой величины; 3) у амплитудных вольтметров электрон­ ной системы — максимальным значением измеряемой ве­ личины.

На шкалах всех вольтметров и амперметров наносятся действующие значения измеряемой величины при синусои­ дальной форме кривой. Поэтому, например, при включе­ нии в цепь с несинусоидальным напряжением вольтметра первой из указанных групп он покажет 220 В, а это оз­

если вольтметр третьей группы покажет 220 В, то это оз­

в зависимости от того, какое значение необходимо опре­ делить, следует выбирать прибор соответствующей группы, т. е. системы, иначе полученные результаты могут ока­ заться неправильными.

Входное сопротивление любого измерительного при­ бора содержит активную, индуктивную и емкостную со­ ставляющие. Эквивалентная схема магнитоэлектрических, электромагнитных, электродинамических и термоэлектри­ ческих приборов дана на рис. 5-39, а электростатических,

177

электронных н выпрямительных приборов — на рис. 5-40.

ские и электромагнитные приборы применяются для из­

возможно.

Включение измерительного прибора в цепь может из­ менить эквивалентное сопротивление цепи, режим ра­ боты ее, а следовательно, изменить измеряемую величину. Значительное изменение режима работы цепи может про-

178

изойти в связи с явлением резонанса. Например, включе­ ние измерительного прибора в контур, настроенный в ре­ зонанс, или на зажимы его (рис. 5-41) может расстроить резонанс и резко измеппть измеряемую электрическую величину.

При измерениях в цепях высокой частоты следует стремиться к тому, чтобы прибор находился под потен­ циалом, близким к потенциалу земли, в противном слу­ чае неизбежны погрешности измерений из-за влияния токов утечки.

На рис. 5-42 дана неправильная схема ^включения тер­ моэлектрического " амперметра в цепь. При напряжении

емкостях 1 пФ ток, идущий через каждую пз емкостей, бу­ дет равен примерно 60 мА. Следовательно, ток амперметра будет на 60 мА меньше тока источника питания и на такую же величину больше тока в нагрузке.

Если включить тот же амперметр между точками 1' и 2', то вследствие ничтожной разности потенциалов между точками включения и землей токи через входные емкости проходить не будут.

Если нельзя включить прибор в участок с низким по­ тенциалом относительно земли, то для уменьшения по­ грешности измерения можно прибор поместить в металли­ ческий экран (рис. 5-43 и 5-44). Соединив экран с одним из зажимов прибора, получим разность потенциалов между прибором и экраном, равную нулю; не будет и тока через входные емкости между прибором и экраном. Поэтому

~при соединении по схеме, показанной на рис. 5-43, в при­ боре и нагрузке будет проходить один и тот же ток, а при

179