Разработка методики поверки ампервольтметра Н339

Мощность измеряется в ваттах

В сплошной среде объёмная мощность потерь определяется скалярным произведением вектора плотности тока и вектора напряжённости электрического поля в данной точке:

Объёмная мощность измеряется в ваттах на кубический метр.

Ток смещения

Иногда для удобства вводят понятие тока смещения. По определению, плотность тока смещение  — это векторная величина, равная быстроте изменения электрического поля во времени:

Дело в том, что при  изменении электрического поля, также  как и при протекании тока, происходит генерация магнитного поля, что делает эти два процесса похожими друг на друга. Кроме того, изменение электрического поля обычно сопровождается переносом энергии. Например, при зарядке и разрядке конденсатора то, что между его обкладками не происходит движения заряженных частиц, говорят о протекании через него тока смещения, переносящего некоторую энергию и своеобразным образом замыкающего электрическую цепь. Ток смещения в конденсаторе определяется по формуле:

,

где  — заряд на обкладках конденсатора,  — разность потенциалов между обкладками,  — ёмкость конденсатора.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Основные метрологические  и технические характеристики  прибора                   

Таблица 1 – Основные метрологические и технические характеристики Ампервольтметра Н339

Тип средства измерений	Диапазон (поддиапазоны) измерений	Класс точности, погрешность	Технические характеристики
Ампервольтметр самопищущий  переносный Н399	Прибор имеет следующие  конечные значения диапазонов измерений:  постоянный ток: 0,005; 0,015; 0,05; 0,15; 0,25; 0,5 А  переменный ток: 0,005; 0,015; 0,05; 0,15; 0,25; 0,5; 1,5; 5 А  для обоих родов напряжения: 5; 15; 50; 150; 250; 500 В. При работе со сменным блоком прибор имеет следующие конечные значения диапазонов	Предел допускаемого значения основной погрешности по измерению  и записи измеряемой величины (в  процентах от конечного значения диапазона измерений):  ±1,5% на постоянном токе  ±2,5% на переменном токе	Время установления показаний подвижной части прибора не превышает 2 c  Значение первого переброса указателя не превышает 7% ширины поля записи   Толщина линии записи на всех скоростях движения диаграмной ленты не более 0,7мм  Количество чернил, вмещающееся в

 

 

 

Продолжение таблицы 1

Тип средства измерений	Диапазон (поддиапазоны) измерений	Класс точности, погрешность	Технические характеристики
			резервуар чернильницы, обеспечивает непрерывную запись показаний  на диаграммной ленте в течение не менее 30 суток Ширина рабочей части диаграммной ленты 100 мм. Длина диаграммной ленты не менее 15 м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 3 Анализ методов измерений заданной величины

3.1 Измерительные шунты

Шунт является простейшим измерительным  преобразователем тока в напряжение. Измерительный шунт представляет собой четырехзажимный резистор. Два входных зажима шунта, к которым подводится ток I, называются токовыми, а два выходных зажима, с которых снимается напряжение U, называются потенциальными.

К потенциальным зажимам шунта  обычно присоединяют измерительный механизм измерительного прибора.

Измерительный шунт характеризуется  номинальным значением входного тока Iном и номинальным значением выходного напряжения Uном. Их отношение определяет номинальное сопротивление шунта:

Rш= Uном / Iном

Шунты применяются для расширения пределов измерения измерительных механизмов по току, при этом большую часть измеряемого тока пропускают через шунт, а меньшую — через измерительный механизм. Шунты имеют небольшое сопротивление и применяются, главным образом, в цепях постоянного тока с магнитоэлектрическими измерительными механизмами.

Рисунок 1- Схема соединения измерительного механизма с шунтом

На рисунке 1 приведена схема включения магнитоэлектрического механизма измерительного прибора с шунтом Rш. Ток Iи протекающий через измерительный механизм, связан с измеряемым током I зависимостью

Iи = I (Rш / Rш + Rи),

где Rи — сопротивление измерительного механизма.

Если необходимо, чтобы  ток Iи был в n раз меньше тока I, то сопротивление шунта должно быть:

Rш = Rи / (n - 1),

где n = I / Iи  — коэффициент шунтирования.

Шунты изготовляют из манганина. Если шунт рассчитан на небольшой  ток (до 30 А), то его обычно встраивают в корпус прибора (внутренние шунты). Для измерения больших токов используют приборы с наружными шунтами В этом случае мощность, рассеиваемая в шунте, не нагревает прибор.

На рис. 2 показан наружный шунт на 2000 А Он имеет массивные  наконечники из меди, которые служат для отвода тепла от манганиновых пластин, впаянных между ними. Зажимы шунта А и Б — токовые.

Рисунок 2 - Наружный шунт

Измерительный механизм присоединяют к потенциальным зажимам В и Г, между которыми и заключено сопротивление шунта. При таком включении измерительного механизма устраняются погрешности от контактных сопротивлений.

Наружные шунты обычно выполняются калиброванными, т е. рассчитываются на определенные токи и падения напряжения. Калиброванные шунты должны иметь номинальное падение напряжения 10, 15, 30, 50, 60, 75, 100, 150 и 300 мВ.

Для переносных магнитоэлектрических приборов на токи до 30 А внутренние шунты изготовляют на несколько  пределов измерения.

На рис. 3, а, б показаны схемы многопредельных шунтов. Многопредельный шунт состоит из нескольких резисторов, которые можно переключать в зависимости от предела измерения рычажным переключателем (рис. 3, а) или путем переноса провода с одного зажима на другой (рис. 3, б).

При работе шунтов с измерительными приборами на переменном токе возникает  дополнительная погрешность от изменения  частоты, так как сопротивления  шунта и измерительного механизма  поразному зависят от частоты.

Рисунок 3 - Схемы многопредельных измерительных шунтов: a — шунта с рычажным переключателем, б — шунта с отдельными выводами

Шунты разделяются на классы точности 0,02; 0,05; 0,1; 0,2 и 0,5. Число, определяющее класс точности, обозначает допустимое отклонение сопротивления шунта в процентах его номинального значения.

3.2 Трансформатор тока

Трансформатор тока — трансформатор, первичная обмотка которого подключена к источнику тока.

Измерительный трансформатор тока — трансформатор, предназначенный для преобразования тока до значения, удобного для измерения. Первичная обмотка трансформатора тока включается последовательно в цепь с измеряемым переменным током, а во вторичную включаются измерительные приборы. Ток, протекающий по вторичной обмотке трансформатора тока, пропорционален току, протекающему в его первичной обмотке.

Трансформаторы тока широко используются для измерения  электрического тока и в устройствах релейной защиты электроэнергетических систем, в связи с чем на них накладываются высокие требования по точности. Трансформаторы тока обеспечивают безопасность измерений, изолируя измерительные цепи от первичной цепи с высоким напряжением, часто составляющим сотни киловольт.

К трансформаторам тока предъявляются высокие требования по точности. Как правило, трансформатор тока выполняют с двумя и более группами вторичных обмоток: одна используется для подключения устройств защиты, другая, более точная — для подключения средств учёта и измерения (например, электрических счётчиков).

 Особенности конструкции

Вторичные обмотки трансформатора тока (не менее одной на каждый магнитопровод) обязательно нагружаются. Сопротивление  нагрузки строго регламентировано требованиями к точности коэффициента трансформации. Незначительное отклонение сопротивления вторичной цепи от номинала (указанного на табличке) по модулю полного Z или cos ф (обычно cos = 0.8 индукт.) приводит к изменению погрешности преобразования и возможно ухудшению измерительных качеств трансформатора. Значительное увеличение сопротивления нагрузки создает высокое напряжение во вторичной обмотке, достаточное для пробоя изоляции трансформатора, что приводит к выходу трансформатора из строя, а также создает угрозу жизни обслуживающего персонала. Кроме того, из-за возрастающих потерь в сердечнике магнитопровод трансформатора начинает перегреваться, что так же может привести к повреждению (или, как минимум, к износу) изоляции и дальнейшему её пробою.

Коэффициент трансформации  измерительных трансформаторов тока является их основной характеристикой. Номинальный (идеальный) коэффициент указывается на шильдике трансформатора в виде отношения номинального тока первичной (первичных) обмоток к номинальному току вторичной (вторичных) обмоток, например, 100/5 А или 10-15-50-100/5 А (для первичных обмоток с несколькими секциями витков). При этом реальный коэффициент трансформации несколько отличается от номинального. Это отличие характеризуется величиной погрешности преобразования, состоящей из двух составляющих - синфазной и квадратурной. Первая характеризует отклонение по величине, вторая отклонение по фазе вторичного тока реального от номинального. Эти величины регламентированы ГОСТами и служат основой для присвоения трансформаторам тока классов точности при проектировании и изготовлении. Поскольку в магнитных системах имеют место потери связанные с намагничиванием и нагревом магнитопровода, вторичный ток оказывается меньше номинального (т.е. погрешность отрицательная) у всех трансформаторов тока. В связи с этим для улучшения характеристик и внесения положительного смещения в погрешность преобразования применяют витковую коррекцию. А это означает, что коэффициент трансформации у таких откорректированных трансформаторов не соответствует привычной формуле соотношений витков первичной и вторичной обмоток.

 Классификация трансформаторов тока

Трансформаторы тока классифицируются по различным признакам:

1. По назначению трансформаторы  тока можно разделить на измерительные,  защитные, промежуточные (для включения  измерительных приборов в токовые цепи релейной защиты, для выравнивания токов в схемах дифференциальных защит и т. д.) и лабораторные (высокой точности, а также со многими коэффициентами трансформации).

2. По роду установки  различают трансформаторы тока: а) для наружной установки (в открытых распределительных устройствах); б) для закрытой установки; в) встроенные в электрические аппараты и машины: выключатели, трансформаторы, генераторы и т. д.; г) накладные - надевающиеся сверху на проходной изолятор (например, на высоковольтный ввод силового трансформатора); д) переносные (для контрольных измерений и лабораторных испытаний).

3. По конструкции первичной  обмотки трансформаторы тока  делятся на:

а) многовитковые (катушечные, с петлевой обмоткой и с восьмерочной обмоткой);

б) одновитковые (стержневые); в) шинные.

4. По способу установки  трансформаторы тока для закрытой  и наружной установки разделяются  на:

а) проходные;

б) опорные.

5. По выполнению изоляции  трансформаторы тока можно разбить  на группы: а) с сухой изоляцией (фарфор, бакелит, литая эпоксидная изоляция и т. д.); б) с бумажно-масляной изоляцией и с конденсаторной бумажно-масляной изоляцией; в) газонаполненные (элегаз); в) с заливкой компаундом.

6. По числу ступеней  трансформации имеются трансформаторы  тока:

а) одноступенчатые;

б) двухступенчатые (каскадные).

7. По рабочему напряжению  различают трансформаторы:

а) на номинальное напряжение свыше 1000 В;

б) на номинальное напряжение до 1000 В.

3.3 Усилители тока

Усилители тока предназначены  для преобразования малых токов в напряжение. Простейший способ преобразовать ток в напряжение - пропустить этот ток через резистор с известным сопротивлением. Однако при этом для увеличения чувствительности при измерении малых токов приходится существенно увеличивать сопротивление резистора, что:

а) приводит к нежелательному воздействию измерительной цепи на измеряемую;

б) требует повышения  входного сопротивления последующих  каскадов;

в) увеличивает инерционность  цепи, вызываемую действием паразитных емкостей, в частности соединительной линии.

Усилители тока на ОУ позволяют  в значительной мере избавиться от перечисленных недостатков.

Рисунок 4 – Схемы преобразователей тока в напряжение

4 Описание принципа  работы прибора.

 

4.1 Прибор состоит из двух основных блоков: регистрационного и коммутационного. Кроме этого, прибор имеет еще и сменный блок с усилителем постоянного тока.

4.2 Регистрационный блок состоит: из измерительного механизма, механизма для перемещения диаграммной ленты, узла записи, отметчика времени.

4.2.1 В приборе используется измерительный механизм магнитоэлектрической  системы с внутриматочным магнитом.