Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Поверка средств измерений электрических величин. Учебное пособие
.pdf
61
2 2 2
23
г
2
1
.....
100 %
n
U U U
k
U
+ + +
=
или коэффициентом нелинейных искажений
2 2 2
23
ни
2 2 2
12
...
100 %
...
n
n
U U U
k
U U U
+ + +
=
+ + +
,
где
n
UUU ,...,,
32
— действующие значения высших гармоник.
Степень искажения формы кривой строго нормируется и указывается
в НД. Для измерения степени искажений служат измерители нелинейных искажений.
Типы источников и их возможности.
Основные типы источников тока (напряжения), применяемых в поверочных установках, представлены на рис. 2.15а — 2.15г.
Источники постоянного тока (напряжения) на базе химических источников (гальванические батареи, аккумуляторы) наиболее простые, достаточно
стабильны за счет большой ёмкости (сотни ампер-часов), отсутствуют пульсации на выходе, идеальная развязка с сетью.
Рис. 2.15. Структурные схемы источников питания: P — регулятор, Ф — фильтр,
ИОН — источник опорного напряжения (маломощный источник с электронным
стабилизатором), ОУ — операционный усилитель, Г — генератор синусоидального
напряжения переменной частоты, У — усилитель мощности, ИП — источник питания
электрических устройств, Rп — резисторный регулятор, служит для установки
диапазонов по току и напряжению
62
Данные источники применяются для поверки электронных приборов и
для питания цепи рабочего тока потенциометров постоянного тока, но при этом
требуется спецобслуживание.
Необходимая плавность регулирования тока (напряжения) обеспечивается резисторными регуляторами.
Регулирующие устройства цепей постоянного тока.
Регулирование напряжения в большинстве случаев осуществляется
с помощью двух резисторов (
1
R
и
2
R
) (рис. 2.16).
Суммарное сопротивление резисторов (
1
R
и
2
R
) должно быть достаточно
большим, чтобы оно не нагружало без пользы источник питания, а также
для обеспечения плавности регулирования
1
R
должно быть больше
2
R
в 10–
15 раз; суммарное сопротивление резисторов (
1
R
и
2
R
) должно быть как мини-
мум в 2–3 раза меньше, чем суммарное сопротивление подключаемых приборов.
Регулирование тока в большинстве случаев осуществляется с помощью
резисторов, как это показано на рис. 2.17.
Рис. 2.17. Плавно-ступенчатое регулирующее устройство
Рис. 2.16. Схема двухступенчатого регулирования напряжения
63
Здесь
огр
R
— ограничительный резистор, необходимый для того, чтобы
не повредить приборы током большого значения, если подвижный контакт ре-
зистора
1
R
окажется в крайнем левом положении.
Плавно регулируемый резистор
1
R
и нескольких нерегулируемых резис-
торов
2
R
–
4
R
, каждый из которых рассчитан на определенное значение тока,
позволяют регулировать ток в широком диапазоне. Легко убедиться, что диапазон регулирования такого устройства лежит в пределах 0,1–40 А.
Для расширения диапазона регулирования в сторону малых токов
(до единиц мкА) применяют способ плавного или ступенчатого шунтирования
основного регулирующего устройства резисторами
5
R
,
6
R
(рис. 2.18).
Рис. 2.18. Регулирующее устройство,
позволяющее получить малые значения тока
По этому принципу построено регулирующее устройство потенциометрической установки У309 (0,5 мкА — 10 А), обеспечивающее плавность регулирования не хуже 0,005 %.
Сетевой универсальный источник тока (напряжения) (см. рис. 2.15б) широко используется для поверки приборов классов 1,0 и более грубых (установка
У300).
Фильтр, включенный после преобразователя, обеспечивает коэффициент
переменной составляющей постоянного тока (напряжения) 1–3 %.
Для стабилизации питающего напряжения сети на входе источника включаются феррорезонансные стабилизаторы. Искажение формы кривой напряжения, характерные для таких стабилизаторов, компенсируется специальными
фильтрами.
В результате коэффициент нелинейных искажений выходных переменных напряжений (токов) не превышает 2 %.
Источники позволяют получать на выходе: постоянное и переменное
напряжение до 1000 В, постоянный ток до 50 А, переменный ток до 300 А.
64
Плавность регулирования 0,05–0,1 достигается применением двухступенчатого трансформаторного регулятора (рис. 2.19).
Регулируемое напряжение (
вых.рег.
U
) снимается с зажимов 1 и 2, последова-
тельно с которыми включен контактор К1 автотрансформатора (АТ) и вторичная обмотка понижающего вольтодобавочного трансформатора Тр1 с коэффициентом трансформации 1 : 20. При таком сочетании перемещением контакта
К1 достигается грубое регулирование, а перемещением контакта К2 — плавное.
Если, например, перемещение контакта К1 приведет к изменению выходного
напряжения на величину 0,5 В, то аналогичное перемещение контакта К2 приведет к изменению выходного напряжения на 1/20, т. е. на 0,025 В.
Для согласования диапазонов регулирования источника со стандартными
диапазонами измерения поверяемых приборов на выходе регулятора включаются согласующие трансформаторы напряжения Тр2 (рис. 2.20) и тока ТТ
(рис. 2.21).
Рис. 2.19. Схема двухступенчатого регулирования напряжения
при помощи автотрансформатора (АТ)
Рис. 2.20. Схема расширения
пределов регулирования
переменного напряжения
65
Секционирование вторичной обмотки трансформатора Тр2 обеспечивает
постоянство относительной плавности регулировки и повышает точность контроля выходного напряжения на всех диапазонах регулирования.
Понижающий трансформатор тока ТТ, имеющий небольшое число витков
вторичной обмотки, обеспечивает получение нужного значения тока.
Электронные источники постоянного тока (напряжения) (см. рис. 2.15в)
содержат высокоэффективные электронные стабилизаторы на базе операционных усилителей с коэффициентом усиления 104 и более.
В таких источниках достигается стабильность и плавность регулирования
0,01—0,02 %.
Так регулируемый источник постоянного напряжения П136М (установка
У355) позволяет получать напряжения в диапазоне от 0,6 мВ до 600 В при токах до 270 мА и пульсациях не более 1 %. Источник тока П138М с диапазоном
от 15 мА до 30 А имеет такие же характеристики, как П136М.
В качестве регуляторов используются маломощные резистивные регуляторы, аналогичные рассмотренным (см. рис. 2.16—2.18).
Источники позволяют поверять приборы класса 0,05 и ниже. Они, как
правило, входят в состав поверочных установок.
Электронный источник (см. рис. 2.15г) содержит генератор синусоидальных напряжений с диапазоном частот 20—20×104 Гц, маломощный резистивный или индуктивный регулятор и усилитель мощности с согласующими
трансформаторами тока или напряжения на выходе. Данные источники позволяют получать на выходе напряжения до 750 В и токи до 50 А.
Рис. 2.21. Схема расширения
пределов регулирования
переменного тока
66
Нестабильность выходных параметров электронных источников составляет величину порядка 0,01 %, плавность регулирования — 0,005 %, коэффициент нелинейных искажений — не более 1 %.
Данные источники используются в поверочных установках (К 68001,
УППУ-1М и др.).
Для поверки (калибровки) трёхфазных измерительных приборов необходимы трёхфазные источники питания переменного тока. Они содержат три источника тока (РТ) и три источника напряжения (РН), выходные параметры которых изменяются по законам трёхфазных целей.
Кроме того, трёхфазные источники имеют возможность менять фазовый
угол между выходными параметрами фазных источников тока и напряжения.
Эту процедуру выполняют фазорегуляторы (ФР) — электромеханические
(рис. 2.22а) и электронные (рис. 2.22б).
Фазорегуляторы, как правило, включаются в цепи источников напряжения и позволяют изменять фазовый угол между током и напряжением одновременно во всех фазах в диапазоне 0–120º с дискретностью в 0,5º.
Кроме основного назначения, фазорегуляторы обеспечивают гальваническую развязку цепей тока и напряжения.
Рис. 2.22. Структурные схемы трёхфазных
источников питания
67
Источник, схема которого показана на рис. 2.22а, применяют для поверок
(калибровки) на промышленной частоте (установка У 1134М).
Структурные схемы и метрологические параметры фазных источников
тока ИТ и источников напряжения ИН аналогичны рассмотренным однофазным источникам переменного тока.
Электронный источник (см. рис. 2.22б) содержит однофазный задающий
генератор (Г), фазовый преобразователь (ФП), преобразующий однофазную систему напряжений в трёхфазную, три усилителя тока (УТ) и три усилителя
напряжения (УН), электронный фазорегулятор (ФР).
В установке К 68001 подобный источник питания обеспечивает измерительную схему по току в диапазоне от 0,025 А до 50 А, по напряжению от 15 В
до 380 В.
По своим метрологическим параметрам данные источники аналогичны
рассмотренным ранее источникам (см. рис. 2.15г).
Все рассмотренные источники переменного тока формируют на выходе
синусоидальные токи, напряжения. При поверке же приборов, измеряющих качественные показатели электроэнергии, требуются источники питания, формирующие различные по форме напряжения (ГОСТ 13109-97). Структурная
схема такого источника питания (энергоформа 3) представлена на рис. 2.23.
Источник представляет собой программируемый цифро-аналоговый преобразователь, который может сформировать на выходе трёхфазную систему токов и напряжений любой формы. Данные выходных параметров вводятся
в процессор (Проц.) либо с помощью встроенной клавиатурой (Клав.), либо
с помощью компьютера по специальной программе.
Рис. 2.23. Структурная схема цифро-
аналогового источника питания
68
Процессор управляет работой цифро-аналогового преобразователя (ЦАП)
и выдаёт информацию на жидкокристаллический индикатор (ЖКИ). На ЖКИ
отображается графическая и цифровая информация о параметрах выходных
сигналов.
ЦАП формирует шесть аналоговых сигналов: три тока и три напряжения,
причём токовые сигналы гальванически развязаны друг от друга и от сигналов
напряжения.
Усиленные усилителями УТ и УН сигналы поступают на выходные зажимы источника.
Источник может формировать выходные сигналы с содержанием гармоник от нулевой до сороковой различной амплитуды и фазового угла.
Выходное напряжение регулируется в пределах от 0,001 В до 268 В с дискретностью 0,01, ток — в пределах от 0,00001 А до 7,0 А с дискретностью
0,00001 А.
Коэффициент нелинейных искажений при синусоидальной форме находится в диапазоне 1–5 %, в зависимости от нагрузки. Нестабильность установленных токов и напряжений — 0,03 %.
Термостатирование.
При поверках (калибровках) средств измерения классов точности 0,5 и
выше необходимо не только учитывать, но и устранять изменения окружающей
температуры. Отклонение температуры от нормальной в первую очередь отражается на метрологических параметрах мер электрических величин: ЭДС, сопротивления, индуктивности и ёмкости.
Влияние температуры окружающей среды на результаты измерений исключаются либо введением поправок к номинальным параметрам, либо помещением мер в термостаты, в которых температура автоматически поддерживается с большой точностью (±0,1 ºС) на уровне нормальной (20 ºС).
Поправки рассчитываются по формулам, которые указаны в техническом
паспорте меры.
Термостаты могут быть воздушными или масляными.
Так в поверочной установке У355 термочувствительные элементы эталонных делителя напряжений и многопредельного шунта расположены
в воздушном термостате, где поддерживается температура соответственно
35 °С и 40 °С.
Эталонные катушки сопротивления и нормальный элемент (мера ЭДС)
помещены в масляную ванну термостата с температурой 20 °С.
Для термостатов применяют чистое, сухое конденсаторное или трансформаторное масло.
В заключение следует обратить внимание, что в данном пособии рассматриваются поверки (калибровки) рабочих средств измерений.
69
ГЛАВА 3. МАСШТАБНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
В практике электрических измерений часто возникает необходимость
в преобразовании электрического сигнала в пропорциональный ему электрический сигнал большего или меньшего значения. СИ, предназначенные для изменения размера физической величины (ФВ) в заданное число раз без изменения рода величины, называются масштабными преобразователями.
Различают пассивные и активные масштабные преобразователи (МП).
Первые строятся на пассивных элементах: резисторах, конденсаторах, катушках индуктивности. Характерным для них является то, что мощность выходного
сигнала у них всегда меньше мощности входного сигнала. К этой группе относятся шунты, резистивные, емкостные и индуктивные делители тока и напряжения. Сюда же могут быть отнесены и измерительные трансформаторы, позволяющие наряду с изменением размера величины осуществлять гальваническое
разделение цепей.
Активные МП позволяют не только изменить размер величины, но и увеличить мощность выходного сигнала. К ним относятся измерительные усилители и активные преобразователи тока. Здесь активные преобразователи
не рассматриваются.
Конструктивно МП могут быть объединены с измерительным прибором
(встроенные) или выполнены самостоятельно. В последнем случае их метрологические характеристики нормируются независимо от характеристик измерительного прибора, соответственно и поверка таких МП представляет собой
вполне самостоятельную задачу.
Основной МХ МП является коэффициент преобразования S, равный отношению выходного сигнала Х
вых
к входному Хвх.
Отличие действительного коэффициента преобразования S от номинального S
ном
характеризует погрешность МП. Относительная погрешность МП вы-
ражается формулой:
ном
ном
δ 100 %
SS
S
−
=
.
Часто для характеристики пассивного МП используют величину, обратную коэффициенту преобразования, — коэффициент деления, коэффициент
трансформации и т.д.
Схемы основных методов поверки МП приведены на рис. 3.1.
70
Наиболее универсальный метод представлен на рис. 3.1, где физическая
величина вначале измеряется одним эталонным средством измерения (ЭСИ1), а
затем после прохождения поверяемого масштабного преобразователя (
пов
МП
)
другим эталонным средством измерения (ЭСИ2). Недостаток метода — он
не всегда позволяет определить фазовую погрешность МП переменного тока.
Кроме того, существенная разница в значениях Хвх и Х
вых
не позволяет исполь-
зовать для измерения один прибор.
У некоторых МП возможно прямое измерение коэффициента преобразования или функционально связанной с ним величины (например, сопротивление шунта). В этом случае для поверки достаточно иметь один прибор
(рис. 3.1б).
Применение эталонных МП и устройств, позволяющих сравнивать выходные сигналы преобразователей, позволяет непосредственно измерять значение погрешности МП. В этом случае (рис. 3.1в) входной сигнал Хвх подается
одновременно на вход поверяемого МП
пов
и эталонного МП
этал
преоб-
Рис. 3.1. Схемы основных методов поверки МП
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]