Масштабные преобразователи. Нормируемые метрологические характеристики измерительных трансформаторов

                                            МАСШТАБНЫЕ   ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

        Общие замечания

В практике электрических измерений часто возникает необ­ходимость в преобразовании электрического сигнала в пропор­циональный ему электрический сигнал большего или меньшего значения. Средства измерений, предназначенные для изменения размера физической величины в заданное число раз без изме­нения рода величины, получили название масштабных преоб­разователей.

Различают пассивные и активные масштабные преобразова­тели (МП). Первые строятся на пассивных элементах: резисторах, конденсаторах, катушках индуктивности. Характерным для них является то, что мощность выходного сигнала у них всегда меньше мощности входного сигнала. К этой группе относятся шунты, резистивные, емкостные и индуктивные делители тока и напря­жения. Сюда же могут быть отнесены и измерительные транс­форматоры, позволяющие наряду с изменением размера величины осуществлять   гальваническое  разделение  цепей.

Активные МП позволяют не только изменить размер величины, но и увеличить мощность выходного сигнала. К ним относятся измерительные усилители и активные преобразователи тока. В этой книге активные МП не рассматриваются.

Конструктивно МП могут быть объединены с измерительным прибором (встроенные) или выполнены самостоятельно. В по­следнем случае их метрологические характеристики нормируются независимо от характеристик измерительного прибора, соот­ветственно и поверка таких преобразователей представляет собой вполне самостоятельную задачу.

Основной метрологической характеристикой МП является коэффициент преобразования S, равный отношению выходного сигнала Х_вых к входному Х_вх.

Отличие действительного коэффициента преобразования S от номинального Sном характеризует погрешность преобразо­вателя. Относительная погрешность преобразователя (в процен­тах) выражается формулой

б =(S – Sном)*100/Sном

Часто для характеристики пассивного МП используют вели­чину, обратную коэффициенту преобразования, — коэффициент деления.

 а)

б)             

Рис. 1. Структурные схемы определения основной погрешности масштабных преобразователей

Основные способы поверки МП представлены на рис. 1.

Наиболее универсальный из них - способ измерения входного и выходного сигналов (рис. 1, а). Основная погрешность при этом рассчитывается по формулам, приведенным выше. Недо­статок способа заключается в том, что он не всегда позволяет определить фазовую погрешность МП переменного тока. Кроме того, существенная разница в значениях Х_ВХ и Х_ВЫХ не позволяет

использовать для измерения один прибор.

    У некоторых МП возможно прямое измерение коэффициента преобразования или функционально связанной с ним величины (например, сопротивление шунта). В этом случае для поверки достаточно иметь один прибор (рис.1, б).

Применение образцовых МП и устройств, позволяющих срав­нивать выходные сигналы преобразователей, позволяет непосред­ственно измерять значение погрешности преобразователя. В этом случае (рис.1, в) входной сигнал Хвх подается одновременно на вход поверяемого МП_П и образцового МП_о преобразователей, имеющих одинаковые номинальные коэффициенты преобразова­ния. Устройство сравнения сравнивает выходные сигналы пре­образователей и выделяет разностный сигнал, пропорциональный погрешности поверяемого МП. Этот сигнал измеряется прибором, градуированным в значениях погрешности. Данный способ, хотя и требует более сложного оборудования, позволяет значи­тельно повысить производительность поверочных работ.

Конкретные реализации этих принципов и образцовые сред­ства рассмотрены ниже.

Нормируемые метрологические характеристики измерительных трансформаторов.

Измерительные трансформаторы тока и напряжения предна­значены для преобразования больших переменных токов и напря­жений в меньшие, удобные для измерения, а также для разделения цепей измерительных приборов и цепей высокого напря­жения. Во вторичную цепь трансформатора тока включаются амперметры, последовательные обмотки счетчиков, ваттметров, цепи релейной защиты и управления; ко вторичной обмотке трансформаторов напряжения подключаются вольтметры, па­раллельные цепи ваттметров, счетчиков и других приборов.

Измерительные трансформаторы по своему назначению и ис­полнению делятся на лабораторные (переносные) и стационар­ные. Лабораторные трансформаторы тока (ГОСТ 23624—79) пред­назначены для работы в цепях переменного тока частотой от 25 Гц до 10 кГц с номинальным напряжением от 660 В до 35 кВ. Номинальный первичный ток I1ном трансформаторов тока лежит в пределах от 0,1 А до 60 кА; номинальный вторичный ток  I2ном — 1; 2 А при частоте 50 Гц или 5 А — во всем диапазоне частот. Лабораторные трансформаторы напряжения (ГОСТ 23625—79) предназначены для использования в цепях переменного тока промышленной частоты с номинальным первичным напряжением U1ном от 127 В до 35 кВ; номинальные вторичные напряжения могут быть 100/3; 100/; 100 и 150 В. Номинальная мощность Р_ном нагрузки во вторичной цепи составляет 2,5; 5; 10; 15 В۰А — для трансформаторов тока и 5; 10; 15; 25 В А — для трансформа­торов напряжения; коэффициент мощности равен 0,8—1,0 при активном характере нагрузки. Лабораторные трансформаторы часто изготовляются многодиапазонными, имеют несколько зна­чений первичных токов (или напряжений) и одно или несколько значений вторичных величин. Лабораторные трансформаторы могут иметь следующие классы точности: 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2 — для трансформаторов тока; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5 — для транс­форматоров напряжения. Класс точности определяет пределы допускаемых угловой погрешности и погрешности коэффициента трансформации. Последняя называется погрешностью токовой fi  применительно к трансформаторам тока и  погрешностью   напря­жения   fuдля трансформаторов напряжения.