Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Поверка средств измерений электрических величин. Учебное пособие
.pdf
71
разователей, имеющих одинаковые номинальные коэффициенты преобразования. Устройство сравнения (УС) сравнивает выходные сигналы преобразователей и выделяет разностный сигнал ∆Xвх, пропорциональный погрешности
поверяемого МП. Этот сигнал измеряется ЭСИ, проградуированным в значениях погрешности. Данный метод, хотя и требует более сложного оборудования,
позволяет значительно повысить производительность поверочных работ.
3.1. ШУНТЫ И ИХ ПОВЕРКА
Шунт — это резистор с двумя потенциальными (П) (рис. 3.2) и двумя
(и более) токовыми (Т) зажимами.
К потенциальным зажимам подсоединяются магнитоэлектрический измерительный механизм.
По сути, шунт является преобразователем тока в напряжение, но в совокупности с амперметром он становится масштабным преобразователем тока.
Номинальный коэффициент преобразования:
шн
Анн
шн
шн
шн
н
R
II
U
I
U
S =
−
==
,
где Rшн — номинальное сопротивление шунта;
Uшн — нормированное падение напряжения на шунте;
Iшн, IАн — номинальные токи шунта и амперметра соответственно;
Iн — номинальное значение входного тока.
Внешние шунты по конструктивным признакам делятся на комплектные,
подсоединяемые непосредственно к зажимам амперметра и калиброванные, которые подключают к амперметру с помощью калиброванных проводов, имеющих нормированное сопротивление Rпр.
Рис. 3.2. Схема амперметра с калиброванным шунтом
72
Шунты могут быть однопредельными (с двумя токовыми зажимами) и
многопредельные, у которых несколько токовых зажимов.
Многопредельные шунты изготавливаются на токи до 75 А, свыше
75 А — однопредельные.
Комплектные шунты поверяются совместно с амперметрами.
Калиброванные шунты поверяются отдельно. Если такой шунт соединяется с амперметром длинными проводами, то поверяется шунт вместе с амперметром и соединительными проводами.
При невозможности демонтажа амперметра с проводами их заменяют эквивалентным сопротивлением.
Номинальное сопротивление многопредельного шунта для соответствующего (i) предела номинального тока (Iнi), определяется по формуле:
шн шн
шн
н н шн
1
i
ii
UU
R
I RI U
=+
−
,
где
шн
U
— номинальное напряжение шунта.
Для однопредельного шунта, при I
Ан
≤ 0,003КIн, где К — класс точности
амперметра:
н
шн
шн
I
U
R =
.
Относительная погрешность шунта:
шд шн
шн
δ 100 %
RR
R
−
=
,
где Rшд — действительное сопротивление шунта.
Класс точности шунта это предельное значение относительной погрешности сопротивления шунта.
ГОСТ 8042-78 устанавливает следующие классы точности: 0,02; 0,05; 0,1;
0,2; 0,5.
Номинальные падения напряжения на потенциальных зажимах шунтов:
10, 15, 30, 45, 50, 60, 75, 100, 150, 300 мВ.
73
Номинальный ток калиброванных шунтов соответствует ряду
n
аI 10
н
=
,
где а — одно из чисел: 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 7,5; n — вещественное
число.
Действительное сопротивление шунта (Rшд) определяется методом сравнения его с сопротивлением эталонной меры с помощью эталонных средств
измерения при токах, равных 20, 60 и 100 % номинального, при двух направлениях тока.
Для шунтов класса 0,5 допускается измерять сопротивление только
при 20 % токе, если фактическая погрешность не превысит 0,8 К. В противном
случае придется поверять при всех токах. При каждом значении тока делается
выдержка до установившейся температуры шунта (манганинового элемента).
При этом температура в течение 5 минут не должна меняться более
5–10 % от ее значения.
При наличии стабильного источника тока достаточной мощности и эталонных сопротивлений, способных работать при номинальных токах поверяемых шунтов, сопротивление шунта можно измерить методом симметричных
наблюдений с помощью потенциометра постоянного тока по схеме, показанной
на рис. 2.4.
Для этого при установившейся температуре шунта сначала измеряется
падение напряжения на эталонном сопротивлении
э
U
, затем на шунте Uш и
вновь на эталонной мере
э
U
. Сопротивление шунта, для условно положитель-
ного направления тока в цепи, определяется по формуле:
э
ш
эш
U
U
RR =
+
, где
ээ
э
2
UU
U
+
=
.
Аналогично определяется сопротивление шунта
-
ш
R
для противо-
положного направления тока.
Действительное значение сопротивления шунта
2
-
шш
шд
RR
R
+
=
+
.
При поверке шунтов с помощью двойного моста постоянного тока требования к источнику питания и к термостабильности шунтов аналогичны рассмотренным в потенциометрическом методе.
В этом случае измерение действительного значения сопротивления шунта
производится по схеме, показанной на рис. 3.3.
74
Рис. 3.3. Схема измерения сопротивления шунта двойным мостом
При равновесии двойного моста (гальванометр (Г) показывает нуль) измеряемое сопротивление (Rш) можно определить по формуле:
−
++
+=
4
3
2
1
43
4
2
1
эш
R
R
R
R
RRR
RR
R
R
RR
,
где R — сопротивление соединительной шины (провода).
Эта формула соответствует положению 1 переключателей П1, П2.
При этом сопротивление соединительной шины (провода) R входит в контур
с сопротивлением R3 и R4.
Конструктивно мост выполнен таким образом, что сопротивления плеч
моста попарно равны:
31
RR =
,
42
RR =
,
510−
=R
Ом. Вследствие чего при техни-
ческих измерениях вторым слагаемым пренебрегают и
1
шэ
2
R
RR
R
=
.
При точных измерениях этого делать нельзя, так как точность измерения
зависит от тщательности подгонки сопротивлений плеч моста, от величины R,
от сопротивлений контактов, а также от идентичности соединительных (калиброванных) проводов. Конструктивно плечи R1 и R3 представляют собой спаренные многодекадные магазины сопротивлений. Так, у моста Р39 имеется
шесть декад с младшими ступенями 1000; 100; 10; 1; 0,1; 0,01 Ом.
Таким образом, при уравновешивании моста сопротивления плеч R1 и R3
изменяются одновременно и в равной степени.
Сопротивления плеч R2 и R4 могут изменяться раздельными ступнями 105;
104; 103; 102; 10 Ом.
Если на схеме, приведенной на рис. 3.3, переключатели поставить в положение (2), то в формуле определения Rш поменяются местами R1 с R3 и R2 с R4.
75
Взяв среднее арифметическое результатов двух измерений, получим формулу
для определения действительного значения сопротивления шунта:
+=
4
3
2
1э
шд
2 R
R
R
RR
R
.
Аналогично определяется действительное сопротивление шунта при двух
положениях переключателя П3 (для исключения влияния термоЭДС) при токах
20, 60 и 100 % Iн.
При калибровке действительное значение сопротивления шунта округляют до: 0,01 % — для шунтов классов точности 0,02 и 0,05; 0,1 % — для шунтов
классов точности 0,1–0,5.
Рассмотренные методы применяются в основном при поверке шунтов
с номинальными токами до 100 А. При поверке шунтов, рассчитанных на большие токи (килоамперы), возникают проблемы с подбором эталонных сопротивлений, рассчитанных на те же большие токи.
Кроме того для питания рабочих цепей установок требуются достаточно
мощные источники с высокой стабильностью тока. Поэтому поверку шунтов
с номинальными токами до 7 500 А осуществляют методом компарирования.
Данный метод реализуется в магнитном компараторе постоянного тока, изображенном на рис. 3.4.
Метод основан на сравнении падения напряжения Uш на поверяемом
шунте Rш с падением напряжения Uк на участке
д
R
— высокоточного делителя
напряжения ДН. Делитель напряжения ДН сопротивлением Rд вместе с подгоночным резистором R1 подключены к потенциальным зажимам эталонного сопротивления Rэ, включенного в цепь компенсирующего тока I2 магнитного
компаратора М.
Рис. 3.4. Магнитный компаратор
76
Магнитный компаратор постоянного тока позволяет определять отношение токов I1, протекающего по первичной обмотке
1
w
электромагнита и соответ-
ственно через Rш, и I2, протекающего по вторичной обмотке
2
w
. Это отношение
называется коэффициентом компаратора:
1
2
2
1
w
w
I
I
K ==
.
Ток I2 создает компенсирующее магнитное поле в тороидальном сердечнике компаратора.
При равенстве магнитодвижущих сил в магнитопроводе имеем соотношение
2211
wIwI =
.
Обычно первичная обмотка выполняется в виде шины, пропущенной через окно магнитопровода, т. е.
1
1
=w
и
2
wK =
.
Момент компенсации определяется по показанию магнитоэлектрического
микроамперметра с помощью обмотки
3
w
и магнитного усилителя МУ.
Расчетная формула для сопротивления поверяемого шунта имеет вид:
( )
э1д
дэ
ш
RRRK
RR
R
++
=
,
где
д
R
— сопротивление части пятиразрядного делителя напряжения Rд, соот-
ветствующего равенству Uш=Uк.
Значение сопротивления поверяемого шунта будет численно равно отсчету по делителю напряжения, если
p
э
11дэ
10
()
n
I
R
I K R R R
−
==
++
,
и, кроме того,
э
д1
( ) 10
n
R
K
R R K
=
+−
,
где
р
I
— рабочий ток делителя напряжения.
77
Значение показателя n выбирается равным 6 для шунтов с сопротивлением 1–100 мкОм, рассчитанных на токи в сотни и тысячи ампер.
Сопротивление эталонного резистора Rэ выбирается из условия:
д1
э
()
10
n
K R R
R
K
+
=
−
.
Поверка осуществляется в следующей последовательности:
1. В зависимости от номинального тока шунта (I1=Iн) выбирается зна-
чение
э
R
.
2. По контрольным амперметрам А1, А2 устанавливаются токи I1 и I2 (точ-
ное значение тока I2 соответствует нулевому показанию индикатора Г1).
3. С помощью резистора R1 вводится поправка в соответствии с
э
R
и пе-
реключателями делителя напряжения добиваются нулевого показания гальванометра Г, при этом
Дш
10RR
=
.
Аналогично определяется сопротивление шунта для противоположных
направлений токов I1 и I2. Действительное сопротивление поверяемого шунта
равно среднему арифметическому значению результатов двух замеров.
3.2. ДОБАВОЧНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ И ИХ ПОВЕРКА
Добавочные сопротивления (ДС) предназначены для расширения пределов измерения вольтметров. Конструктивно они делятся на индивидуальные
(используются и поверяются совместно с конкретным вольтметром) и взаимозаменяемые калиброванные. Калиброванные сопротивления могут быть однопредельными или многопредельными.
Их основные метрологические параметры (ГОСТ 8623-78):
а) номинальное сопротивление (Rн);
б) номинальный ток (Iн=0,01–30 мА);
в) номинальное напряжение (Uн до 15 кВ);
г) класс точности (К=0,02–1,0).
Класс точности означает предельное допустимое отклонение действительного сопротивления от номинального.
Величина добавочного сопротивления функционально связана с параметрами вольтметра, пределы которого предполагается расширить в m раз формулой:
78
( )
нV
1R R m=−
,
где
н
V
U
m
U
=
;
V
R
и
V
U
— номинальные входное сопротивление и предел измере-
ния вольтметра.
Таким образом, Rн является параметром, определяющим точность добавочного сопротивления. Относительная погрешность ДС вычисляется по формуле:
%100δ
д
дн
R
RRR−
=
,
где
д
R
— действительное значение сопротивления.
Действительное значение определяется путем непосредственного измерения одинарным мостом постоянного тока, либо методом замещения. Метод замещения используется в том случае, если либо класс точности моста
не соответствует требованию ГОСТа (класс точности моста должен быть, как
минимум, выше класса точности поверяемого сопротивления на ступень), либо
не удается полностью уравновесить мост.
Измерение осуществляется в два этапа. Сначала подсоединяется к мосту
поверяемое сопротивление, и мост уравновешивается полностью, либо замечается отклонение стрелки гальванометра моста. Затем к мосту вместо поверяемого сопротивления подключается эталонный магазин сопротивлений и с его
помощью мост приводится в прежнее состояние равновесия. При этом возможны два варианта.
Первый вариант: эталонный магазин позволяет точно установить стрелку
гальванометра в прежнее положение, в этом случае действительное значение
поверяемого сопротивления равно показанию эталонного магазина сопротивлений. Погрешность измерения определяется погрешностью магазина сопротивлений.
Второй вариант: эталонным магазином сопротивлений не удается точно
добиться предыдущего показания гальванометра. Пусть предыдущему положению стрелки гальванометра соответствует показание моста
R
. Затем к мосту
подключается эталонный магазин с выставленным значением сопротивления,
равным номинальному значению поверяемого сопротивления Rэ, и мост уравновешивается. При этом показание моста равно
R
. Если значение отношения
79
плеч моста при обоих уравновешиваниях не менять, то действительное значение поверяемого сопротивления вычисляют по формуле:
R
R
RR
=
эд
.
Погрешность измерения в данном случае:
( )
RRRR
−
+= δδδδ
э
,
где
э
δR
— погрешность эталонной меры;
R
δ
и
R
δ
— погрешности моста при показаниях моста
R
и
R
соответ-
ственно.
Поверки этими способами лучше выполнять на специализированных
установках (У39 см. приложение).
Калиброванные добавочные сопротивления применяются, как правило,
при напряжениях свыше 600 В, поэтому при поверках контролируется сопротивление изоляции элементов сопротивления, находящихся под номинальным
напряжением.
Минимальное допускаемое сопротивление изоляции относительно корпуса при температуре окружающего воздуха в интервале от +10 до +35 ºС (в зависимости от класса точности) и относительной влажности воздуха до 80 % определяется из соотношения:
из н
300
K
RR=
,
где К — численное значение класса добавочного сопротивления;
Rн — номинальное значение добавочного сопротивления.
Независимо от результата расчета по вышеприведенной формуле сопротивление изоляции должно быть не менее 40 МОм для номинальных напряжений до 1 000 В (плюс 20 МОм на каждые полные и неполные 1 000 В номинального напряжения).
3.3. ДЕЛИТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ И ИХ ПОВЕРКА
Делитель (рис. 3.5) как масштабный преобразователь представляет собой
последовательно соединенные сопротивления
1
Z
и
2
Z
с отводом от точки их со-
единения (число сопротивлений и отводов может быть несколько), которые
80
позволяют получать определенные соотношения между входными
вх
U
и выход-
ными
вых
U
напряжениями.
Основной метрологический характеристикой делителя напряжения является коэффициент деления, равный отношению входного и выходного напряжения или сопротивлений:
вх вх
д
вых вых
K
UZ
UZ
==
.
По назначению делители подразделяются на: резисторные (рис. 3.6а, используются в цепях постоянного тока); резисторно-конденсаторные (частотноскомпенсированные, рис. 3.6б), конденсаторные (емкостные, рис. 3.6в) и автотрансформаторные (индуктивные, рис. 3.6г) использующиеся в цепях переменного тока.
Конструктивно делители напряжения выполняются как встроенные в измерительные приборы, так и в виде самостоятельной конструкции (калиброванные делители напряжения).
В поверочной практике находят применение резисторные (см. рис. 3.6а) и
емкостные (см. рис. 3.6в) делители напряжений.
Резисторные делители напряжения могут быть однопредельными
(рис. 3.7а) и многопредельными с постоянным входным (рис. 3.7б) или выходным сопротивлением (рис. 3.7в).
Рис. 3.5. Делитель напряжения
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]