Меры основных электрических величин
В зависимости от степени точности и области применения меры подразделяются на эталоны, образцовые и рабочие меры.
Эталоны – средство измерения, обеспечивающее воспроизведение и хранение единицы физической величины для передачи её размера другим средствам измерений.
Образцовые меры – предназначены для поверки и градуировки рабочих мер измерительных приборов. Они могут непосредственно использоваться для точных измерений.
Рабочие меры– изготовляются для широкого диапазона номинальных значений величин и используются для поверки измерительных приборов и для измерений на предприятиях.
Для изготовления приборов в целях обеспечения высокой точности измерений применяют меры электрических величин: мера ЭДС; I; R; L; взаимной индуктивности; С.
а). Мера ЭДС– в качестве мер ЭДС, как образцовых так и рабочих, применяют нормальные элементы различных классов точности.
|
1. Положительный электрод – ртуть. 2. Слой пасты (смесь сернокислой ртути Hg2SO4 и сернокислого кадмия Cd SO4) 3. Кристаллы сернокислого кадмия. 4. Электролит – насыщенный раствор сернокислого кадмия. 5. отрицательный электрод – амальгама кадмия. |
|
|
Бывают трёх классов точности 0,001; 0,002; 0,005 ЭДС для элемента Класса точности 0,005 составляет 1,0185 – 1,0187 В. Допустимое изменение ЭДС за год для элементов класса точности 0,005 составляет 50 мкВ |
б). Меры электрических сопротивлений: образцовые и рабочие меры выполняются в виде катушек сопротивлений, которые выполняются из манганиновой проволоки или ленты (Cu‑84%, Ni‑4%, Mn‑12%). Он обладает малым температурным коэффициентом сопротивления (0,00001 1/єС), большим удельным сопротивлением (0,45 Ом·мм2/м) и малой термо-э.д.с. при контакте с медью (2 мкВ на 1 єС).
Образцовые резисторы изготовляются на номинальные сопротивления 0,00001; 0,0001; 0,001; 0,01; 0,1; 1,0; 10; 100; 1000; 10000; 100000 Ом. Класс точности измерительных резисторов (катушек сопротивлений): 0,0005; 0,001; 0,002; 0,005; 0,01; 0,02; 0,05.
|
Устройство одной из катушек сопротивления. На латунный или фарфоровый цилиндр А наложена бифилярная (выполненная в два провода) обмотка, на концах которой расположены две пары зажимов I и U, укреплённые на эбонитовой панели Б, к которой крепится кожух катушки В. |
|
Токовыми зажимами I резистор включается в цепь тока, зажимы U, называемые потенциальными, предназначены для измерения напряжения на сопротивлении резистора |
|
|
Электрическая схема |
Набор резисторов, заключённых в общий кожухи соединённых по определённой схеме, называется – магазином резисторов или сопротивлений. Они применяются взамен образцовых катушек и для регулировки тока. Магазины резисторов по точности делятся на классы: 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0. Образцовые катушки и магазины резисторов должны иметь возможно меньшие собственные индуктивность и ёмкость.
в). Меры индуктивности и взаимной индуктивности представляют собой катушки индуктивности и взаимной индуктивности с постоянным значением индуктивности.
Образцовые катушки индуктивности представляют собой пластмассовый или фарфоровый каркас с наложенной на него обмоткой из медной изолированной проволоки, концы которой укрепляются на зажимах. Использование каркаса из немагнитного материала обеспечивает независимость индуктивности от тока в катушке.
Добротность катушки Q=щL/r увеличивают, уменьшая её активное сопротивление r.
Образцовые катушки изготовляют на следующие номинальные значения индуктивности: 0,0001; 0,001; 0,01; 0,1; 1 Г.
Образцовая катушка с переменной индуктивностью – вариометр состоит из двух частей – неподвижной и подвижной, могущей поворачиваться на угол около 180є. Индуктивность вариометра зависит от положения подвижной части.
Магазин индуктивностей состоит из набора катушек, а иногда, кроме того, и из вариометра. Погрешность этого магазина индуктивностей равна ±(0,3ч0,5)%.
Катушка взаимной индуктивности выполняются аналогично катушкам индуктивности, но имеют две обмотки.
г). Меры ёмкости – это образцовые конденсаторы с известной или переменной ёмкостью. Ёмкость конденсатора должна возможно меньше изменяться в зависимости от времени, температуры, частоты и других факторов. Конденсатор должен обладать малыми диэлектрическими потерями и большим сопротивлением изоляции. В качестве образцовых используются воздушные и слюдяные конденсаторы.
Воздушные конденсаторы выполняются с плоскими или цилиндрическими электродами, они имеют малую ёмкость от 0,001 мкФ и практически не обладают диэлектрическими потерями, но обладают большими размерами.
Слюдяные конденсаторы состоят из ряда металлических пластин, изолированных слюдяными прокладками. Чётные пластины соединены с одним, а нечётные с другим зажимом конденсатора. Тангенс угла потерь слюдяных конденсаторов порядка 10-4, погрешность их составляет ±(0,01ч0,5)%.
При использования магазина конденсаторов кроме групп конденсаторов, в магазине имеется конденсатор переменной ёмкости (С=0ч0,011 мкФ). Погрешность его ±0,5%.
д). Мера тока – токовые весы.
|
Токовые весы имеют коромысло, на одном плече которого подвешена токовая катушка К1. Последовательно с ней соединена неподвижная катушка К2. При прохождении тока по катушкам К1 и К2 возникает сила их электродинамического взаимодействия пропорциональная I2, которая уравновешивается эталонными гирями, нагруженными на второе плечо коромысла. |
Исходя из данного определения единицы силы тока и геометрических размеров катушек подсчитывается значение силы взаимодействия между катушками при силе тока 1 А. Нагрузив второе плечо грузом найденного расчётного значения, регулируют силу ока в катушках до получения равновесия, при котором установившийся ток имеет значение 1 А.
Токовые весы ВНИИМ обеспечивают погрешность до 0,001%.
Единица силы тока – ампер А – сила не изменяющегося тока, который, проходя по двум прямолинейным параллельным проводам бесконечной длинны и ничтожно малого кругового сечения, расположенного на расстоянии 1 м один от другого в вакууме. Вызвал бы между этими проводниками силу, равную 2·10-7 Ньютон (Н), на каждый метр длины.
Эталон ЭДС – 20 насыщенных нормальных элементов и устройство сравнения для взаимного сличения нормальных элементов. ЭДС отдельного элемента может колебаться, но среднее значение ЭДС= const (постоянно).
Эталон индуктивности– 4 катушки (групповой индуктивности).
Эталоны сопротивления – 10 манганиновых катушек с номинальным сопротивлением в 1 Ом.
2. Преобразователи токов и напряжений
2.1 Шунты
Является простейшим измерительным преобразователем тока в напряжение. Применяется для расширения предела измерения тока измерительным механизмом. Представляет собой измерительный преобразователь, состоящий из резистора, включаемого в цепь измеряемого тока, параллельно которому присоединяется измерительный механизм.
Для устранения влияния сопротивлений контактных соединений шунты снабжаются токовыми и потенциальными зажимами.
|
Iи=I· |
Rш |
; |
Rш= |
Rш |
|
|||
|
Rш+Rи |
p‑1 |
|||||||
|
где |
р= |
I |
Шунтирующий множитель |
|||||
|
Iи |
||||||||
|
|
|
|
|
|||||
Шунты изготавливают из манганина. Шунты на токи до 30 А обычно встраивают в корпус прибора на большие токи делают наружные шунты.
Наружные шунты обычно выпускаются калиброванными, т.е. рассчитываются на определённые токи и падения напряжения 10; 15; 30; 50; 60; 75; 100; 150; 300 мВ.
|
Для переносных приборов часто используются многопредельные шунты. Такой шунт состоит из нескольких резисторов, переключаемых в зависимости от предела измерения, рычажным переключателем или переносом проводов с одного зажима на другой. Сечение шунта должно быть достаточно большим, с тем чтобы не было нагревания шунта током и связанной с ним температурной погрешности. По точности шунты делятся на классы: 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0. Число класса точности обозначает допустимое отклонение сопротивления в процентах его номинального значения. Шунты широко применяются с измерительным механизмами магнитоэлектрической системы, которые могут изготовляться на малые номинальные напряжения 45–150 мВ. |
|
|
Многопредельный с рычажным переключателем. |
|
|
Многопредельный с отдельными выводами. |
2.2 Добавочные резисторы
Добавочный резистор, представляющий собой измерительный преобразователь, применяется для расширения предела измерения напряжения и для исключения влияния температуры на сопротивление вольтметра RV.
