Аналогты өлшеу техникасы

Өлшеуіш механизм ретінде магнитоэлектрлік аспап қолданылады, оның номинальдық токтары I_ан=1мА,...,100мА, ал ішкі кедергісі R_а. Сондықтан шунттың кедергісі мына формуламен табылады

мұнда n=I/I_ан – шунтталу коэффициенті. Сонда өлшенетін токтың шамасы:

Егер токтың күші 7,5 кА асса оны өлшеу үшін шунттарды параллельдік қосу әдісі қолданады (3.2 сурет).

Бұл сұлба үшін

.                                                      (3.5)

3.2 Сурет – Шунттарды паралельді қосу

Жоғары мәнді кернеу қосымша резистор арқылы өлшенеді (3.5 сурет).

Қосымша резисторлар мангазиннен жасалады және олардың формасы әртүрлі болады: өзек түрлі, таспа, қиықша, орауыш, шығыршық түрде.

Олар қорғауыш қорабқа орналасады.

Олар үшін келесі метрологиялық сипаттамалар бекітілген:

1. Номиналдық кернеу, U_RH, (300-3000)В.

2. Номиналдық ток, I_RH, (3...30мА).

3. Дәлдік классы, γ (0,1; 0.2; 0.5; 1.0; 1.5%).

Қосымша резистордың мәнін табу үшін мына формуланы қолданады

R_қ=R_a(m-1)                                                (3.6)

мұнда m=U /U_ан =U/I_анR_а – бөлу коэффициенті.

Қосымша резисторы бар және 220 В жоғары кернеуді өлшейтін вольтметрлердің қорабы қызыл түспен боялады, онан кейін оператордан алыс жерге орналастырады.

Токты амперметрмен не кернеуді вольтметрмен өлшегенде әдістемелік қателіктер болуы мүмкін.

                            a)                                            б)

3.4 Сурет – Токты өлшегендегі әдістемелік қателіктер

3.4 а суретінде көрсетілген электр тізбегіндегі ток күшінің шын мәні Ом заңымен табылады

I=U/R.                                                       (3.7)

Бұл тізбекке амперметрді қосқан токтың мәні өзгереді

I₁=U /(R+R_a).                                             (3.8)

Бұл жағдай әдістемелік қателік пайда болуға әкеліп соғады:

а) абсолюттік – Δ_әқ=U/(R+R_a )-U/R=-(UR_a)/R(R+R_a);

ә) салыстырмалы – δ_әқ=Δ_эқ/(U/R)=-R_a/(R+R_a)=-1/ (1+R/R_a).

Мысал. R=10 Ом,

R_a=0.1 Ом.

δ_эқ=-[1/(1+100)]*100=-0.99=-1%;

Жалпы қарастырғанда былайша жасаймыз:

а) Егер R/R_a>1 деп алсақ (5.10) арқасында рауалды (допустимая) қателікті табуға болады

_қр<|R_a/R|;

2) Рауалды қателік амперметрдің дәлдік класына қарағанда 10 есе аз болу керек:

δ_қр<0,1γ_а.

Мысал. Егер γ_а=1%; егер R=10 Ом, сонда R_a=δ_әқр*R=0,1*10^-2*10=0,01 Ом.

Кернеуді өлшегенде де вольтметрдің ішкі кедергісінің әсерімен өлшеу қателігі пайда болады (3.5 сурет).

                            a)                                            б)

3.5 Сурет – Кернеуді өлшегендегі әдістемелік қателіктер

Вольтметрдің ішкі кедергісінен электр тізбегіндегі токтың шын мәні (I=U/R) – өзгереді

Сондықтан әдістемелік қателік пайда болады:

а) абсолюттік – Δ_әқ=U(R+R_в)/RR_в-U/R=U/R_в;

ә) салыстырмалы – δ_әқ=Δ_әқ*R/U=R/R_в

R_в –үлкен болған сайын қателік азаяды.

Рауалды қателік вольтметрдің дәлдік класынан (γ_в) 10 есе аз болуы керек.

Мысал. γ_в=1%, δ_әқр=0,1%,

R=10кОм.

3.2 Айнымалы ток пен кернеуді өлшеу

Аз мәнді айнымалы ток пен кернеуді өлшейтін өлшеуіш механизмдер (ӨМ) жоқ деп айтуға болады. Кейбір электромагниттік не электромеханикалық жүйедегі ӨМ-дерді миллиамперметр ретінде қолдануға болар еді, бірақ олардың жиілік жағынан істе»тін ауқымы көп емес (400 Гц-ке дейін). Сондықтан, айнымалы ток пен кернеуді өлшеу үшін айнымалы токты тұрақты тоққа түрлендіргіші бар магнитоэлектрлік жүйедегі ӨМ-дер қолданылады (3.6 сурет).

3.6 Сурет – Құрама аспаптың блок-сұлбасы

Түрлендіргіш ретінде түзеткіш диодтар мен термоэлектрлік элементтер қолданылады. Егер токтар не кернеулер өте аз шамада болса интегралдық микросұлбадан жасалған дифференциалдық күшейткіштер арқылы өлшенеді.

Бірполярлық түзетілген кернеу (ток) болса (3.7 сурет) магнитоэлектрлік жүйедегі ӨМ-ны оның тек қана орта түзетілген мәнін көрсете алады.

3.7 Сурет – Бірполярлық түзетілген кернеудің кескіні

Егер ток 0 ден Т/2 уақыт аралығында синусоидалдық түрде өзгеретін болса, мысалы , онда оның ортатүзетілген мәнін келесі формуламен табуға болады

.                                (3.10)

Айнымалы синусоидалдық кернеудің не тоқтың мұндай түрін детектор – түзеткіштер арқылы алуға болады. Орта түзетілген мәнді алуға арналған түрлендіргіштердің сұлбалары 3.8 суретте келтірілген.

3.8 Сурет – Ортатүзетілген мәннің түрлендіргіштері

3.8 а суреттегі құрылғы екіжартыпериодтық көпірлік түзеткіштің сұлбасымен жасалған. Түзеткіші бар аспаптарда көп қолданатын құрылғы 3.8 б суретте көрсетілген, мұнда екі диод екі кедергіге алмастырылған. 3.8 в суретте ортанүктелі екіжартыпериодтық сұлба келтірілген.

Барлық үш сұлбада да кіріс кернеуді түзетілген кернеуге түрлендіру принципі қолданылады. Сонда түзетілген кернеу әруақытта жүктемелік кедергі  арқылы өтеді, мүмкін оның орнына ӨМ қолдануға да болады. 3.9 суретте көрсетілгендей, ортатүзетілген мәннің түрлендіргіштерінің өлшеуіш тізбекке қалай қосылуына байланысты өлшеуіш аспаптың функционалдық арналуыда әртүрлі болады.

3.9 Сурет – Түзеткіштік жүйедегі амперметр мен вольтметр:

                            в) – төмен;                                        г) – жоғары кернеуге;

Магнитоэлектрлік жүйедегі ӨМ өзі интегралдық құрылғы болып саналады, сондықтан ол импульстық тоқтың тек қана тұрақты құраушысын ғана көрсете алады, немесе  (2.5) және  (3.9) негізінде.

                                               (3.11)

Егер, әрекеттік мәнді қолданатын болсақ (3.11) былайша өзгереді.

Мұндағы  өрнегі синусоидалдық кернеудің формалық коэффициентіне (К_Ф) кері шама, сондықтан

3.7 суретте көрсетілгендей токтың түрі синусоида болса, онда К_Ф=1.11 тең. Ол санды (3.13) өрнектен алып тастау үшін (3.13) 1.11ге көбейту керек

Бұл көбейту түзеткіштік жүйедегі аспаптардың шкаласын өлшемдегенде қолданылады.

3.10 Сурет – Магнитоэлектірлік аспаптың шкалалары:

а – тұрақты токқа; б – айнымалы токқа, шегі 1 және 2,5 В дейін

Сонымен, түзеткіштік жүйедегі аспаптар өлшенетін кернеудің (токтың) әрекеттік мәнін көрсетеді. Олардың шкалалары 50 периодтық синусоидалдық кернеудің (токтың) әрекеттік мәніне өлшемденеді.

Мысал 1. Екіжартыпериодты детекторы бар магнитоэлектрлік жүйедегі ӨМ келесі айнымалы тоқтың тізбегіне қосылған.

, мА

Аспаптың не көрсетуін табу керек.

Шешімі:

Сонда аспаптың тілшігі

көрсетеді.

Мысал 2. Түзеткіші бар аспап  көрсетті. Сонда өлшенген тоқтың амплитудалық мәнін табу керек.

Шешімі:

3.3 Тоқтық және кернеулік өлшеуіш трансформаторлар

Кернеу мен токты өлшеуіш трансформаторлардың күшті токты техникада энергияжабдықтауда қолданудың екі себебі бар. Біріншіден; оны жай есептеумеуде түсінуге болады. Мысалы, кернеуі 150 кВ электр желісін 500В арналған электрмагниттік аспаппен бақылау керек дейік. Егер бұл аспаптың өзінің номиналдық кернеуінде пайдаланатын тоғы 10мА болса және қосымша кедергінің пайдаланатын қуаты 1,5кВА болады екен. Бұл өлшеу тәсілінің пайдаланудағы құнсыздығынан басқа тағы бір жағдай ыңғайсыздық туғызады. Ол өлшеу кезінде пайда болатын жылулық. Егер өлшеуіш аспаптар тарату қалқанда тығыз орналасса бұл жылулық өсе өсе  өртке айналып кетуі мүмкін. Сондықтан өлшеуіш трансформаторлар қолданылады. Олардың шығыны аз, КПД-сі 100 жетеді. Екінші себебі, өлшеуіш трансформатор өлшеуіш аспапты басқы электржелісінен гальваникалық дарақтайды, жұмысшы операторларға қауіпсіздік туғызады.

Токты өлшеуіш трансформаторлар айнымалы токтың тарату құрылғыларында мына төменгі аспаптардың токтық тізбектерін жабдықтау үшін қолданылады: амперметрлерді, ваттметрлерді, фазаметрлерді және қуатты түрлендіргіштерді.

Токтық трансформатрлар (ТТ) электромагниттік электр аппараты болып саналады. Олар бірінші токты I₁ екінші токқа I₂ біркелкі (бір сызықпен) түрлендіру үшін қолданады. Оның екінші тоғы I₂ стандартты шамада 5А болады. 3.11 суретте ТТ-ның конструкциясы және оны қосу сұлбасы келтірілген.

ТТ-ның токты түрлендіру әрекеті номиналдық трансформациялау коэффициенті арқылы көрсетіледі

                                                (3.15)

мұндағы W₁ – бірінші орамадағы орамның саны (1, 2,...п);