Измерение постоянных токов

Rīgas Tehniskā Universitāte

DMZC

Vladimirs Bernatovičs

Kursa darbs

(Elektriskie mērījumi)

Līdzstrāvas mērīšana ar šunta palīdzību

2002

Saturs.

1. Ievads 3

2. Teoretiskā daļa 4

3. Aprēķinu daļa 13

4. Secinājums 16

5. Literatūra 17

6. Pielikūms 18

Ievads.

Dota uzdevuva man jāizmēra līdzstrāvu ar šunta palidzību. Šunts plaši izmantas, lai paplašināt mērāmo strāvas intervālu. Vēl man jāizdara statistisko apstrādi un un aprēķināt kļudas.

Измерение постоянных токов

Общие замечания. Измерение постоянных токов в подавляющем большинстве случаев производится посредством магнитоэлектрических амперметров и вольтметров. Для этой цели применяют также электромагнитные, электродинамические, ферро-динамические и электростатические приборы, а также потенцио­метры постоянного тока и цифровые приборы.

Магнитоэлектрические амперметры. Измеритель­ные механизмы магнитоэлектрических амперметров и вольтметров принципиально не различаются. В зависимости от назначения прибора (для измерения-тока или напряжения) меняется его изме­рительная цепь. В амперметрах измерительный механизм включа­ется в цепь непосредственно или при помощи шунта. В вольтметрах последовательно с измерительным механизмом включается доба­вочный резистор, и прибор подключается к тем точкам схемы, между которыми необходимо измерить напряжение.

Амперметр без шунта применяется в том случае, если весь измеряемый ток можно пропустить через токоподводящие пру­жинки (или растяжки) и обмотку рамки измерительного механизма. Обычно значение этого тока не превышает 20—30 мА, т. е. такая схема возможна только для микро- и миллиамперметров.

Характер измерительной цепи в значительной степени опреде­ляется также допустимой температурной погрешностью и преде­лом измерения прибора.

Изменение температуры прибора сказывается на его работе следующим образом.

1. При повышении температуры удельный противодействующий момент пружинок (или растяжек) уменьшается примерно на 0,2— 0,4% на каждые 10 К повышения температуры. Магнитный поток постоянного магнита падает приблизительно на 0,2% на каждые 10 К повышения температуры.

Так как ослабление пружинок и уменьшение магнитного потока вызывают одинаковые изменения противодействующего и вращаю­щего моментов по значению, но с разными знаками, то эти два яв­ления практически взаимно компенсируют друг друга. .. и

2. Изменяется- электрическое сопротивление обмотки рамки и пружинок. Это является основным источником температурной погрешности магнитоэлектрических приборов.

В большинстве случаев температурная погрешность вольтметров является незначительной. Это объясняется тем, что температурный коэффициент сопротивления (ТКС) цепи вольтметра определяется не только ТКС «медной» части обмотки измерительного механизма, но и добавочного резистора, выполняемого из материала с очень малым ТКС.

Наиболее неблагоприятным в отношении влияния температуры является амперметр с шунтом. При повышении температуры и неиз­менных значениях измеряемого тока и сопротивления шунта .R_ш (шунт, как указывалось выше, выполняется из манганина) ток /, протекающий через измерительный механизм, уменьшается и по­является отрицательная погрешность.

Для компенсации температурной погрешности часто применяются специаль­ные схемы. Наиболее широко используемые схемы для температурной компенсации представлены на рис. 3.23 и 3.24. Простейшим способом уменьшения температур­ной погрешности является включение последовательно с обмоткой рамки доба­вочного резистора R_aиз манганина (рис. 3.23). Недостаток этой схемы заключается в том, что на рамку попадает только часть напряжения, снимаемого с шунта. Для прибора класса точности 0,2 напряжение, попадаемое на рамку, составляет всего 5%. Обычно этот способ применя­ется только для приборов класса точности не выше 1,0.

Рис. 3.23. Схемы для температурной

компен­сации амперметров с

добавочным резисто­ром Рис. 3.24. Последовательно-параллельная

схема для температур­ной компенсации

Последовательно-параллельная схема (рис. 3.24) широко используется в прибсрах высоких классов точности (0,5; 0,2; 0,1). В такой схеме последовательно с уедной рамкой включается резистор из манганина R_3.Эта цепь шунтируется резистором R₁ из материала с большим температурным коэффициентом (меди или никеля) и через последовательно включенный манганиновый резистор R₂под­ключается к шунту R_m. При повышении температуры возрастают сопротивления рамки и R₁. Однако, поскольку последовательно с рамкой включен резистор R₃, имеющий практически нулевой температурный коэффициент, то по сравнению с цепью рамки увеличение сопротивления в цепи R₁будет больше. Поэтому изме­нится распределение токов /₂ и I_tтаким образом, что в обмотку рамки будет от­ветвляться несколько большая часть общего тока, чем раньше. Так как сопро­тивление между точками aи сувеличивается, а ток !_хне изменяется, напряже­ние U_acмежду этими точками несколько увеличится. Выбором сопротивлений можно добиться того, чтобы при изменении температуры ток в обмотке рамки менялся в пределах, определяемых допускаемым значением температурной по­грешности.

При создании приборов для измерения очень малых напряжений (например, э. Д. с. термопар) желательно, чтобы всё напряжение подводилось непосредст­венно к цепи измерительного механизма. В этом случае температурная компен­сация осуществляется не с помощью схем, а посредством термомагнитного шунта. Такой шунт выполняется из специальных магнитных материалов (сплавов меди с никелем или железа с никелем), у которых магнитная проницаемость сущест­венно уменьшается при возрастании температуры. Конструктивно термомагнит­ный шунт представляет собой пластинки, которыми замыкаются полюсные на­конечники постоянного магнита. При повышении температуры магнитное сопрот тивление шунта возрастает, что приводит к увеличению индукции в воздушном зазоре и к малой зависимости показаний от температуры.

Магнитоэлектрические амперметры и вольтметры выпускают переносными и щитовыми. Переносные приборы в большинстве слу­чаев делают высокоточными (классов 0,1—0,5), многопредельными (до нескольких десятков пределов) и часто комбинированными (например, вольтамперметрами). В качестве многопредельного ком­бинированного прибора можно указать, например, милливольт-.миллиамперметр типа М1109 класса точности 0,2. Прибор имеет 15 пределов измерений: 8 — по напряжению (от 15 мВ до 3 В) и 7 — по току (от 0,15 до 60 мА). Щитовые приборы выпускают обычно однопредельными, чаще всего классов точности 1,0 и 1,5.