Методы измерения переменных токов и напряжении промышленной частоты

Для оценки переменных токов и напряжений исполь­зуют понятия действующего (среднеквадратического) значения, амплитудного (максимального) значения и средневыпрямленного значения.

Приборы электродинамической, ферродинамической, электромагнитной, электростатической и термоэлектрической систем реагируют на действующее значение изме­ряемой величины. Приборы выпрямительной системы реагируют на средневыпрямленное значение измеряемой величины. Приборы электронной системы, как аналого­вые, так и цифровые, в зависимости от типа измеритель­ного преобразователя переменного напряжения в посто­янное могут реагировать на действующее, средневыпрям­ленное или амплитудное значение измеряемой величины.

Вольтметры и амперметры всех систем обычно гра­дуируют в действующих значениях при синусоидальной форме кривой тока. При несинусоидальной форме кривой у приборов, реагирующих на средневыпрямленное или амплитудное значение тока (напряжения), будет возни­кать дополнительная погрешность.

 Они состоят из усили­теля переменного тока и миллиамперметра выпрямитель­ной или термоэлектрической системы. Иногда вместо усилителя переменного тока используется электронный преобразователь переменного тока в переменное напря­жение, представляющий собой усилитель, охваченный глубокой отрицательной обратной связью по напряже­нию; переменное напряжение измеряют электростатиче­ским измерительным механизмом. Электронные микроам­перметры рассчитаны на работу в диапазоне звуковых частот и имеют классы точности 1,5—2,5.

Для измерения переменных токов свыше 10 мкА слу­жат цифровые микроамперметры, которые в диапазоне частот до 5 кГц имеют погрешность не более 0,5%.. Приборы этих систем имеют классы точности 1,0—1,5.

Ферродинамические миллиамперметры позволяют из­мерять токи порядка 1 мА и более. Класс точности ферродинамических миллиамперметров 0,5

Чтобы повысить чувствительность или точность при измерении малых переменных токов промышленной час­тоты, при помощи вольтметра определяют падение на­пряжения, создаваемое током на образцовом резисторе.

Для точного измерения напряжения можно применять потенциометры переменного тока или цифровые вольт­метры переменного тока, которые распространены более широко, чем цифровые миллиамперметры.

Самыми чувствительными приборами, предназначен­ными для измерения малых переменных напряжений, яв­ляются аналоговые электронные милливольтметры, в ко­торых измеряемое напряжение предварительно усилива­ется, а затем измеряется выпрямительным прибором. Эти приборы позволяют измерять напряжение порядка нескольких микровольт с погрешностью около 4—6%.

Существенно более высокую точность, но меньшую чувствительность имеют потенциометры переменного то­ка и цифровые вольтметры. Потенциометрами перемен­ного тока измеряют напряжения от 1,0 мВ с погрешностью порядка десятых долей процента. Цифровые электрон­ные милливольтметры позволяют измерять напряжения начиная с 10 мВ с погрешностью 0,1%. С увеличением измеряемой величины точность приборов возрастает.

Для измерения средних значений токов и напряже­ний можно использовать приборы электромагнитной, электродинамической, ферродинамической, выпрями­тельной, термоэлектрической и электронной систем, циф­ровые приборы и компенсаторы переменного тока; для измерения напряжений можно воспользоваться также электростатическими вольтметрами.

В тех случаях, когда необходима высокая точность из­мерения, применяют приборы электродинамической сис­темы.

Если прибор должен потреблять малую мощность, то предпочтительнее использовать приборы электронной и электростатической систем или цифровые приборы. Когда речь идет об измерениях синусоидальных токов и напряжений с погрешностью порядка 1,5—3,0%, очень удобны многопредельные вольтамперметры выпрями­тельной системы.

Наиболее точным устройством для из­мерения переменных токов и напряжений является ком­паратор. С помощью компаратора измеряемый перемен­ный ток или напряжение сравниваются с постоянным то­ком (напряжением). Основным элементом компаратора является преобра­зователь П, выходная величина которого у одинаковым

образом зависит от действующего значения переменного и постоянного входных сигналов (рис. 10.4). В качестве такого преобразователя могут быть использованы элект­ростатические и электродинамические измерительные механизмы или термоэлектрические преобразователи.

Компаратор работает следующим образом. Вначале при помощи ключа на вход преобразователя П (например, термоэлектрического) подается измеряемый переменный ток (напряжение) х~ Выходная величина у (например, ЭДС) измеряется потенциометром постоянного тока ППТ. Затем при помощи ключа на вход преобразовате­ля подают постоянный ток (напряжение) х- и регулируют его до получения того же значения у.

Рис. 3 Структурная схема компаратора

Для измерения больших токов и напряжений исполь­зуют те же приборы, что и для измерения средних токов и напряжений, но амперметры включают через измери­тельные трансформаторы тока, а вольтметры — через из­мерительные трансформаторы напряжения.

Трансформа­торы служат для преобразования больших токов и на­пряжений в средние, которые могут быть непосредствен­но измерены приборами переменного тока. Кроме того, при помощи трансформаторов измерительные приборы изолируются от первичной цепи, которая часто находится под высоким напряжением.