Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Поверка и калибровка измерительных преобразователей электрических величин. Конспект лекций
.pdf
31
dt
tdi
Sn
dt
tdi
MtV
p
r
p
)()(
)(
0
ср
l
w
n
S
Рис. 23. Схема датчика тока – воздушный трансформатор тока
По ГОСТ Р МЭК 60044-8–2010 «Трансформаторы измери-
тельные. Часть 8. Электронные трансформаторы тока» индуцируемое переменное напряжение V(t) определяется выражением
, (31)
где μ0 – магнитная проницаемость вакуума, μ0 = 1,2566 10–6;
μr – магнитная проницаемость сердечника, μr ≈ 1;
S – площадь сечения обмотки;
– плотность обмотки;
w – число витков обмотки;
lcp – длина средней линии обмотки.
Из (31) следует, что напряжение на зажимах вторичной об-
мотки пропорционально производной от первичного тока.
На рис. 24 представлен комплект совмещенных емкостных
датчиков напряжения и датчиков тока (пояс Роговского) для
трехфазного коммутационного модуля PBA/TEL [16]. Датчики
встраиваются в фазные выводы модуля (рис. 25).
32
Рис. 24. Трехфазный комплект датчиков тока и напряжения КДТН/TEL
Рис. 25. Установка датчиков в коммутационном устройстве
Документов на поверку датчиков типа показанных на рис. 24
нет. Они поверяются в составе измерительных каналов терминального устройства в соответствии с требованиями на эти устройства.
8. ПОВЕРКА И КАЛИБРОВКА
АНАЛОГОВЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ
С УНИФИЦИРОВАННЫМ ВЫХОДНЫМ СИГНАЛОМ
8.1. Общие сведения об измерительных преобразователях
с унифицированным выходным сигналом
Наибольшее распространение получили ИП-УВС силы пере-
менного тока, переменного и постоянного напряжения, частоты,
33
активной и реактивной мощности в один из унифицированных
+ +
+
I
in
I
out
TVA
VS
1
C
1
C
2
C
3
R
1
R
2
R
L
VD
1
VD
2
аналоговых сигналов: сила постоянного тока от 0 до 5 мА или от
4 до 20 мА; постоянное напряжение от 0 до 5 В или от 1 до 5 В.
К ИП-УВС относят также «холдеры» (от английского «hold» –
удерживать). Это устройства, выходной унифицированный сигнал которых повторяет унифицированный входной сигнал до его
исчезновения или слишком быстрого изменения. После исчезновения или слишком быстрого изменения входного сигнала выходной сигнал удерживается («hold») на уровне, предшествующем исчезновению (изменению) входного до поступления сигнала «reset» – «отпустить».
В качестве примера на рис. 26 приведена схема простейшего
ИП-УВС силы переменного тока 0–5 А в унифицированный сигнал 0–5 мА типа Е842.
Рис. 26. Схема преобразователя Е842
Входной ток Iin поступает на трансреактор TVA. Выпрям-
ленный мостом VS1 вторичный ток TVA поступает через R1, R2 в
нагрузку RL. С1, С2, С3 сглаживают пульсации выпрямленного
выходного тока I
out
.
При замкнутых на малое сопротивление нагрузки выходных
зажимах напряжение на цепочке стабилитронов VD1, VD2 много
меньше их напряжения стабилизации, ток, протекающий через
стабилитроны, пренебрежимо мал.
Параметры схемы выбраны так, чтобы при синусоидальном
Iin среднее значение выходного тока было пропорционально действующему значению входного тока.
Класс точности таких преобразователей 1,0 равен пределу
допускаемой приведенной погрешности в % максимального
входного (5 А) или выходного (5 мА) тока.
34
При аварии, например обрыве цепи нагрузки, вторичное на-
~
=
~
=
УВС
Uin / I
in
Mod
D-Mod
FB
A1
A2
FH
GI
T1
T2
T
dtiu
T
IUP
0
1
cos
пряжение TVA резко возрастает, стабилитроны отпираются и
шунтируют цепь нагрузки. Ток от VS1 протекает через стабилитроны. Выходное напряжение повышается до 18 В и далее не
растет. Поэтому преобразователь, в отличие от трансформаторов
тока, не повреждается и безопасен при обрыве цепи выходного
тока.
Преобразователь постоянного напряжения (тока) в УВС с
разделением входной и выходной цепей показан на рис. 27.
Рис. 27. Преобразователь постоянного напряжения (тока) в УВС
с разделением входной и выходной цепей:
Uin, Iin – преобразуемые напряжение или ток; Mod – модулятор;
D-Mod – демодулятор; Т1, Т2 – разделительные трансформаторы;
GI – генератор импульсов; A1, А2 – усилители; FB – отрицательная
обратная связь; FH – фильтр высших частот; УВС – унифицированный
выходной сигнал
Преобразователь мощности в УВС показан на рис. 28.
. (32)
35
U
in
I
in
~
~
A2
FH
FB
УВС
A1
АИМ
ШИМ
вых.ср
I
вх.эффвых.ср
0010 I,I
Рис. 28. Преобразователь мощности в УВС:
АИМ, ШИМ – амплитудно- и широтно-импульсный модуляторы;
Uin, Iin – преобразуемые напряжение и ток; А1, А2 – усилители;
FB – отрицательная обратная связь; FH – фильтр высших частот;
УВС – унифицированный выходной сигнал
8.2. Нормируемые метрологические характеристики
преобразователей с УВС
Номинальная функция преобразования
– зависимость
УВС от значения преобразуемой величины. Например, для Е842
. (33)
Пределы допускаемой основной погрешности нормируются
как приведенная погрешность по выходному сигналу (в % от
предела выходной величины). За нормирующее значение измеряемой величины принимается или предел изменения УВС, если
УВС начинается от нуля, или разность границ изменения УВС.
Класс точности преобразователя численно равен пределу допускаемой основной приведенной погрешности.
В международной практике, кроме указанных выше характе-
ристик, принято нормировать и проверять при поверке или калибровке:
пределы допускаемой основной систематической погрешно-
сти;
пределы допускаемой вариации;
пределы допускаемой «repeatability» (случайной погрешно-
сти);
36
пределы допускаемой «linearity» (нелинейности) для номи-
%100%
2
2
U
U
K
n
k
k
~
нально линейных ИП или «conformity» (близости, согласности)
для номинально нелинейных ИП.
Необходимо отметить, что в [18] такая система нормирова-
ния рекомендуется для всех ИП.
8.3. Поверка и калибровка преобразователей с УВС
Поверка и калибровка преобразователей по МИ 1870–86
Основной документ по поверке преобразователей в унифи-
цированный сигнал – МИ-1870–86.
В международной практике результаты такой поверки (ка-
либровки) НЕ ПРИЗНАЮТСЯ. Далее дополнительно рассмотрена поверка (калибровка) преобразователя Е842 по методике МЭК
(IEC), результаты которой признаются во всем мире [3].
Поверка (калибровка) по [19] рассматривается на примере
простейшего преобразователя силы переменного тока 0–5 А в
УВС 0–5 мА типа Е842.
Внешний осмотр – проверяются исправность и правильность
маркировки.
Проверка сопротивления изоляции выполняется в соот-
ветствии с указаниями технической документации на конкретный ИП.
Опробование проводится в процессе поверки.
Проверка погрешности:
ИП переменного напряжения, тока, мощности должны про-
веряться при номинальной частоте;
ИП частоты должны проверяться при трех частотах в преде-
лах каждого диапазона;
ИП постоянного напряжения и тока класса 0,5 и менее точ-
ные – коэффициент переменной составляющей К~% должен быть
<1 % для ИП тока и <3 % для ИП напряжения:
, (34)
где n – номер наивысшей существенной гармоники;
37
ИП частоты и мощности – входное напряжение не должно
Установка У300
Преобразователь Е842
1 2 3 4
Вход – Выход +
PA2
PA1
Образц.
Повер.
R
L
inout
0010 I,I
V
NV
I
K
m
100
отличаться от номинального более чем на 2 %;
ИП трехфазной мощности – нагрузка симметричная, несим-
метрия напряжений не должна превышать 2 %, тока 5 %.
Обычно проверка погрешности проводится методом прямых
измерений входного и выходного сигналов. В качестве примера
на рис. 29 приведена схема проверки погрешности преобразователя Е842 по МИ 1570–86.
Рис. 29. Схема проверки погрешности преобразователя Е842
по МИ 1570–86
Определяют оценку погрешности при пяти (допускается при
трех, но это не гарантирует отсутствия пропуска точки с погрешностью более допускаемой) значениях преобразуемой величины:
входной ток Iin = 1, 2, 3, 4, 5 А. Значение оценки ΔV абсолютной
погрешности преобразователя вычисляют по показаниям РА1
(входной ток Iin) и РА2 (выходной ток I
out
):
. (35)
Если при всех значениях входного тока выполняется нера-
венство
, (36)
где m – коэффициент коррекции допуска, выбираемый в соответствии с требованиями [7, 8] или указаниями раздела 9 конспекта,
преобразователь считают ГОДНЫМ для дальнейшей эксплуатации. В противном случае преобразователь БРАКУЮТ.
38
Поверка и калибровка преобразователей по методике МЭК
0
1
2
3
4
5
Iin, A
I
out
, мA
1 2 3 4 5
* * * *
*
* * * *
*
* * * *
*
* ** **
* ** **
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Результаты поверки по МИ 1570–86 в международной практи-
ке НЕ ПРИЗНАЮТСЯ. Далее приводится пример поверки преобразователя Е842 по методике МЭК. На рис. 30 приведен состав погрешности ИП, предполагаемый при калибровке по методике МЭК.
Рис. 30. Состав погрешности ИП, предполагаемый при калибровке
по методике МЭК:
1 – номинальная функция преобразования; 2 – значения силы
выходного тока при изменении входного в сторону увеличения;
3 – значения силы выходного тока при изменении входного в сторону
уменьшения; 4 – максимальное по модулю значение погрешности;
5 – средняя градуировочная характеристика при увеличении входного
тока; 6 – средняя градуировочная характеристика при уменьшении
входного тока; 7 – средняя градуировочная характеристика;
8 – максимальное по модулю значение систематической погрешности;
9 – максимальное значение вариации; 10 – максимальное значение
«repeatability» (однозначного перевода термина нет, приближенно –
размах случайной погрешности); 11 – линия «terminal based line»
(соответствующего русского термина нет, это прямая линия,
соединяющая начало и конец кривой средней градуировочной
характеристики, от которой принято в России отсчитывать
нелинейность); 12 – максимальная нелинейность (terminal based linearity)
39
При поверке выполняют не менее пяти циклов изменения
входного тока от нуля до максимального значения и обратно. В
каждом цикле для каждого проверяемого значения входного тока
определяют оценку абсолютной погрешности по (35). Полученные значения обрабатывают по общеизвестным формулам, чтобы
получить результаты калибровки (поверки):
максимальную погрешность;
максимальную систематическая погрешность;
максимальную вариацию;
максимальный размах случайной погрешности (repeatability);
максимальную нелинейность (в России принято определять
«terminal based linearity», в Европе — «independent linearity»).
Для вычисления результатов используются компьютерные
программы, например, «E842 trans 0–5 Stud.xls», разработанная в
АСМС. В качестве примера в приложении приведена распечатка
расчетов по указанной программе.
9. РАСЧЕТ ПОГРЕШНОСТИ ПОВЕРКИ ИП
Значение коэффициента коррекции допуска m выбирают
в соответствии с указаниями [19] по таблицам из [8]. Если нет
особых требований к достоверности поверки, следует выполнить
требования [7], где допускаются значения: РНМ ≤ 0,5; δm ≤ 1,33.
В этом случае:
при α ≤ 0,1 (1/10) – m = 1; РФ = 0,000;
при α ≤ 0,2 (1/5) – m = 1; РФ = 0,000;
при α ≤ 0,25 (1/4) – m = 1; РФ = 0,002;
при α ≤ 0,33 (1/3) – m = 1; РФ = 0,013;
при α ≤ 0,4 (1/2,5) – m = 0,9; РФ = 0,050;
при α ≤ 0,5 (1/2) – m = 0,8; РФ = 0,120.
По определению, РФ – относительное число ошибочно
бракуемых преобразователей, у которых погрешность превышает
0,8 допуска.
Для выбора требуется знать коэффициент α – отношение до-
пускаемой погрешности эталона к допускаемой погрешности поверяемого средства измерений. При поверке измерительных преобразователей применяют, как минимум, два эталона: для измерения (задания) входной величины и измерения выходной вели-
40
чины. В этом случае при расчете α следует принимать во внима-
PA1PA2
0010 I,I
V
PA1PA2PA1
PA1
PA2
PA2
0010
,
II
VV
PV
0200150005010000
100
150
00105
100
10
,,,
,
,
,
PV
40
51
100020,,
ние не погрешность эталона, а погрешность поверки. При этом
нужно учитывать, что выходной сигнал является неслучайной
функцией входного сигнала.
Для расчета следует выразить оценку погрешности преобра-
зователя в виде функции показаний эталонов и проводить расчет
погрешности поверки по формулам расчета погрешности функции нескольких переменных. Рассмотрим несколько примеров.
Пример 1. Погрешность поверки преобразователя Е842 при
использовании схемы рис. 29.
Из (35) оценка погрешности
, (37)
где I
PA1
, I
– показания амперметров РА1 и РА2.
PA2
Максимальное значение абсолютной погрешности поверки в
этом случае
. (38)
Если считать, что РА1 имеет предел измерения 10 А и предел
допускаемой приведенной погрешности (класс точности) 0,15 %,
а РА2 имеет предел измерения 5 мА и предел допускаемой приведенной погрешности (класс точности) 0,1 %, для любого входного тока получим:
мА. (39)
Отсюда:
Таким образом, следует принять m = 0,9.
Пример 2. Погрешность поверки преобразователя Е842 при
использовании схемы рис. 31.
.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]