Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Поверка и калибровка измерительных преобразователей электрических величин. Конспект лекций
.pdf
АКАДЕМИЯ СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ
Н.Н. Вострокнутов
ПОВЕРКА И КАЛИБРОВКА
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
Конспект лекций
Москва
2012
1
УДК 621.317.7
Вострокнутов Н.Н. Поверка и калибровка измерительных пре-
образователей электрических величин: Конспект лекций. – М.:
АСМС, 2012. – 48 с.
Конспект лекций предназначен для слушателей АСМС, по-
вышающих квалификацию по специальности «Поверка и калибровка средств электрических измерений».
Автор: Николай Николаевич Вострокнутов – кандидат тех-
нических наук, старший научный сотрудник, чл.-корр. Метрологической академии, и.о. доцента кафедры «Электрические измерения» АСМС.
2
© АСМС, 2012
3
ПРЕДИСЛОВИЕ
Конспект лекций по разделу 4.1 «Поверка и калибровка из-
мерительных преобразователей электрических величин» учебной
программы дисциплины «Поверка и калибровка средств электрических измерений» составлен с учетом последней редакции ФЗ
«Об обеспечении единства измерений».
При составлении конспекта предполагалось, что слушатели
знакомы с курсами «Основы электротехники», «Электрические
измерения», «Основы электроники» в объеме подготовки специалистов со средним специальным образованием.
В международной практике поверка и калибровка аналоговых измерительных преобразователей выполняется по методике,
утвержденной МЭК (Международная электротехническая комиссия), в конспекте предусмотрено изучение этой методики на основе Standard ISA-S51.1.
Поскольку в учебной программе дисциплины рекомендуется
поводить лабораторную работу по поверке аналоговых измерительных преобразователей, конспект составлен с учетом необходимости проведения лабораторной работы «Поверка и калибровка преобразователя Е842 силы переменного тока 0–5 А в унифицированный сигнал 0–5 мА», описание которой издано отдельной
брошюрой.
В качестве основных учебных пособий по предмету конспекта можно рекомендовать [4, 5, 6].
4
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
ОБ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯХ
Измерительный преобразователь (ИП) служит для изменения
носителя информации о значении измеряемой величины или его
интенсивности.
Носитель информации – физическая величина (феномен), используемая для передачи сигнала, несущего информацию о значении измеряемой величины.
Сигнал – изменение интенсивности носителя информации,
соответствующее значению измеряемой величины.
Например, пусть измеряемая величина – действующее значение напряжения, носителем информации о его значении выступает
собственно переменное напряжение, именно оно поступает на
вход преобразователя. На выходе преобразователя имеется постоянное напряжение. Здесь носителем информации о значении измеряемой величины становится постоянное напряжение, а сигналом – значение или изменение значения постоянного напряжения.
Для упрощения изложения часто говорят, что измерительный
преобразователь «преобразует одну измеряемую величину в другую». Такое высказывание, строго говоря, несостоятельно. Преобразовать одну величину (например, длину) в другую (например, электрический ток) физически невозможно.
Такое преобразование выполняется с целью получения сигнала о значении измеряемой величины, удобного для передачи на
расстояние или другим элементам измерительной цепи, хранения
или дальнейших преобразований либо индикации.
На входе ИП имеется измеряемая (преобразуемая) величина
или сигнал, соответствующий значению измеряемой величины.
На выходе ИП – сигнал (результат измерения или преобразования), соответствующий значению измеряемой величины. Сигнал
реализуется изменением интенсивности (значения) носителя измеряемой величины.
Для передачи измерительной информации от ИП человеку
требуется «вторичный измерительный прибор»!
Измерительный преобразователь имеет нормированные
метрологические характеристики.
Различают аналоговые, аналого-цифровые и цифроаналоговые ИП. В данном конспекте лекций изучаются аналоговые измерительные преобразователи.
5
Аналоговый ИП (АИП) по принципу действия бесконечно-
му несчетному множеству возможных значений измеряемой величины ставит в соответствие бесконечное несчетное множество
возможных значений выходного носителя измерительной информации (сигнала).
ПЕРВИЧНЫЙ ИП, или ДАТЧИК – преобразователь, на вход
которого поступает измеряемая величина, служит для связи измерительного устройства с объектом измерений.
ПРОМЕЖУТОЧНЫЙ, или ВТОРИЧНЫЙ, ИП – преобразователь, на вход которого поступает носитель измеряемой величины (сигнал) от первичного или предыдущего промежуточного
преобразователя, а на выходе получается сигнал, несущий информацию о значении измеряемой величины.
Различают: масштабирующие ИП, которые изменяют интенсивность носителя информации без его изменения (например,
шунты), и нормирующие преобразователи, которые изменяют носитель информации и приводят диапазон изменений входной величины к заданному диапазону изменений выходного носителя
информации (например, преобразователи с унифицированным
выходным сигналом).
В электроизмерительной технике наибольшее распространение получили следующие ИП:
шунт – масштабный преобразователь силы тока;
измерительный трансформатор тока – масштабный преоб-
разователь силы тока;
делитель напряжения – масштабный преобразователь напряжения;
измерительный трансформатор напряжения – масштабный преобразователь напряжения;
измерительные преобразователи с унифицированным выходным сигналом (УВС) – нормирующие ИП измеряемой вели-
чины – силы тока, напряжения, частоты, активной, реактивной
мощности и др. в один из унифицированных аналоговых сигналов.
Унифицированные аналоговые сигналы:
Сила постоянного тока в пределах: от 0 до 5 мА; от –5 до
+5 мА; от 0 до 20 мА; от 4 до 20 мА.
Постоянное напряжение в пределах: от 0 до 5 В; от –5 до
+5 В; от 1 до 5 В.
6
В международной практике применяют сигналы от 4 до
20 мА и от 1 до 5 В, обеспечивающие возможность непрерывного
контроля состояния линии связи.
2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПОВЕРКЕ И КАЛИБРОВКЕ
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ
Методика поверки ИП описывается в соответствующих нормативных документах, ссылки на которые даются в соответствующих разделах конспекта. Перечень операций поверки ИП
одинаков для всех видов и типов ИП:
внешний осмотр;
опробование;
проверка погрешности;
оформление результатов поверки.
Далее при рассмотрении методик поверки конкретных ИП
операции не перечисляются, описаны только особенности их выполнения, присущие конкретным видам ИП.
Процедура калибровки ИП в общем случае не отличается от
процедуры проверки погрешности ИП при поверке. Это обусловлено тем, что при поверке ИП выполняются определение основных метрологических характеристик ИП и сравнение их с допускаемыми значениями. В соответствии с [2] эта же процедура
должна выполняться при калибровке ИП. Поэтому процедура калибровки ИП отдельно не рассматривается.
При поверке и калибровке ИП используются, как правило,
два, иногда более эталонов (образцовых средств измерений). Поэтому при выборе эталонов следует определять максимальную
возможную погрешность поверки ИП. Сравнение ее с пределом
допускаемых значений погрешности поверяемого ИП позволяет
судить о пригодности эталонов для поверки ИП конкретного типа. Поэтому общие вопросы расчета пределов погрешности поверки ИП рассматриваются в отдельном разделе. Требования к
достоверности поверки и методике расчета показателей достоверности определяются документами [7, 8]. Часто в документах
на методы и средства поверки конкретных видов ИП регламентируются требования к выбору допускаемой погрешности эталонов
и показателям достоверности поверки.
7
3. ШУНТЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА.
RSТЗ ТЗ
ПЗ ПЗ
I
MI
R
W1
R
W2
R
MI
R
S
I
X
I
X
X
MIWWS
S
MI
I
RRRR
R
I
21
ПОВЕРКА И КАЛИБРОВКА
3.1. Общие сведения о шунтах
Шунты выполняют из манганиновой проволоки или шин для
включения по 4-проводной схеме (рис. 1).
Рис. 1. Схема шунта:
ТЗ – токовые зажимы; ПЗ – потенциальные зажимы
Схема включения шунта показана на рис. 2.
Рис. 2. Схема включения шунта:
IX – измеряемый (преобразуемый) ток; RS – сопротивление между
потенциальными зажимами шунта; RW1, RW2 – сопротивления
соединительных проводов; RMI – входное сопротивление
измерительного прибора (приемника измерительной информации);
IMI – ток в измерительном приборе (приемнике измерительной
информации)
Функция преобразования шунта – зависимость его выходного
тока IMI от входного IX – описывается формулой
. (1)
8
Если
,0
21
WWRR
S
MI
X
X
MIS
S
MI
R
R
I
I
RR
R
I
1
MIMI
S
MI
X
InI
R
R
I
1
S
MI
R
R
n 1
%
100
%
N
R
R
N
N
N
I
U
R
то
.
Отсюда обратная функция преобразования шунта при равном
нулю сопротивлении проводов имеет вид:
, (2)
где
– коэффициент шунтирования.
Шунты бывают невзаимозаменяемые, частично взаимозаменяемые и взаимозаменяемые.
Поверке подлежат взаимозаменяемые шунты, невзаимозаменяемые шунты поверяются в составе прибора, частично взаимозаменяемые шунты поверяются по особым методикам.
3.2. Нормируемые метрологические характеристики
взаимозаменяемых шунтов
• Номинальный ток шунта IN.
• Номинальное падение напряжения UN на шунте (напряже-
ние между потенциальными зажимами при номинальном токе) –
30, 45, 50, 60, 75, 100, 150, 300 мВ, обычно 75 мВ.
• Класс точности шунта К: 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5. К выражает
предел допускаемой основной относительной погрешности δ %
сопротивления шунта между потенциальными зажимами в % от
номинального сопротивления шунта:
где ΔR – абсолютная погрешность сопротивления шунта между
потенциальными зажимами;
ными зажимами.
, (3)
RN – номинальное сопротивление шунта между потенциаль-
. (4)
9
3.3. Поверка взаимозаменяемых шунтов
3
1
1
R
RR
R
E
V
4
2
2
R
RR
R
E
V
2
21
VV
V
RR
R
3
1
1
R
RR
R
E
V
4
2
2
R
RR
R
E
V
2
21
VV
V
RR
R
Поверка выполняется в соответствии с указаниями [9].
При внешнем осмотре особое внимание обращают на состояние зажимов шунта. Выполняются очистка и промывка контактов.
Опробование выполняется при проверке погрешности.
При проверке погрешности измеряют сопротивление шунта
между его потенциальными зажимами.
Вычисляют номинальное сопротивление шунта по формуле (4).
Погрешность шунта определяют при силе тока шунта, равной
20, 60 и 100 % от номинального, и двух направлениях тока.
Перед определением погрешности шунт должен быть прогрет
в течение:
5 минут при силе тока 20 % от номинального;
30 минут при силе тока 60 % от номинального;
60 минут при силе тока 100 % от номинального.
Измеряют действительное значение сопротивления шунта
при двух направлениях тока (RV+, RV–). Измерение выполняется
методом сравнения с мерой-эталоном с помощью:
двойного моста;
моста компаратора;
потенциометра постоянного тока.
Чаще пользуются схемой двойного моста (рис. 3).
При каждом направлении силы тока через шунт выполняют
два измерения его сопротивления при разных положениях переключателя SA1-SA2.
При одном направлении тока:
откуда
;
. (6)
, (5)
При противоположном направлении тока:
;
откуда
. (8)
, (7)
10
SA
1
SA
2
SA
3
PA
PG
+
_
К источнику
постоянного тока
R
1
R
3
R
2
R
4
R
S
R
E
R
A
2
VV
V
RR
R
%
100
N
VN
R
RR
Кm%
Рис. 3. Измерение сопротивления шунта с помощью двойного моста:
RS – поверяемый шунт; RE – образцовая катушка сопротивления;
RA – вспомогательное регулировочное сопротивление;
R1, R2, R3, R4 – сопротивления плеч моста; SA1, SA2 – переключатели
направления тока в плечах моста; SA3 – переключатель направления
тока в измеряемом сопротивлении; PG – гальванометр;
PA – амперметр силы тока через шунт
Оценка сопротивления шунта
. (9)
Вычисляют относительную погрешность сопротивления
шунта δ и сравнивают ее с классом точности К:
. (10)
Если выполняется неравенство
, (11)
где m – коэффициент коррекции допуска, выбираемый в соответствии с требованиями [7, 8] или указаниями раздела 9 конспекта,
шунт годен к эксплуатации, в противном случае шунт бракуют.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]