Основной единицей электрических величин является единица электрического тока - ампер. По определению ампер есть такой неизменный ток, который, проходя по двум параллельным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого сечения, расположенным на расстоянии 1м один от другого в вакууме, вызывает между этими проводниками притяжение с силой 2 ∙ 107 Н на каждый метр длины. Эталон тока представляет собой так называемые токовые весы, в которых сила притяжения двух катушек с током уравновешивается гирями. В этом эталоне ампер воспроизводится через основные неэлектрические единицы: метр, килограмм, секунду.
К эталонам производных электрических величин относятся эталоны ЭДС, электрического сопротивления, индуктивности и ёмкости.
Эталон ЭДС состоит из 20 насыщенных нормальных элементов и устройства сравнения, усредняющего значения ЭДС.
Эталон индуктивности является групповым и состоит из четырёх образцовых катушек.
Эталон электрического сопротивления (эталон Ома) также является групповым и состоит из десяти образцовых катушек сопротивления величиной 1 Ом, помещённых в геометрический кожух, заполненный сжатым воздухом.
Эталон электрической ёмкости представляет собой специальный воздушный высокостабильный конденсатор.
Преобразователи токов и напряжений.
Шунты.
Шунт является простейшим измерительным преобразователем тока в напряжении. Он предназначен для расширения пределов измерения по току. При этом большую часть измеряемого тока пропускают через шунт, а меньшую - через измерительный механизм прибора. Шунты имеют небольшое сопротивление и применяются, главным образом, в цепях постоянного тока с магнитоэлектрическими измерительными механизмами.
Шунт представляет собой четырёхзажимный резистор. Два входных (силовых) зажима, через которые шунт включается в измеряемую цепь, называются токовыми, а два других, с которых снимается напряжение U, подводимое к измерительному механизму – потенциальными – рис.3.1.
I u И М
Рис. 3.1. Схема включения шунта.
U
I
R ш
Шунт характеризуется номинальным значением Iном и номинальным значением выходного напряжения Uном. Их отношения определяет номинальное сопротивление шунта:
Rш=Uном/Iном.
В измерительный механизм прибора отбирается часть измеряемого тока I:
Iu = I Rш / (Rш + Ru)
где Ru – сопротивление измерительного механизма. Если необходимо, чтобы ток Iu был в n раз меньше тока I, то сопротивление шунта должно быть:
Rш = Ru / (n-1)
где n = I /Iu - коэффициент шунтирования.
Шунты изготавливаются из манганина, сопротивление которого незначительно меняется от температуры. Шунты могут быть встроенные в прибор (при токах до 30 А) или наружные. Наружные шунты изготавливаются калиброванными, рассчитанными на определённые токи и имеющие одно из стандартных значений выходного напряжения: 10; 15; 30; 50; 75; 100; 150 и 300 мВ. Серийные шунты выпускаются для токов до 5000А. Классы точности серийных шунтов от 0,02 до 0,5.
Для многопредельных магнитоэлектрических приборов
внутренние шунты могут быть многопредельными с изменением сопротивления шунта при изменении предела измерения прибора – рис. 3.2.
1 2 3
ИМ
Рис. 3.2. Многопредельный шунт.
При работе приборов с шунтом на переменном токе возникает дополнительная погрешность из-за того, что сопротивления шунта и измерительного механизма по-разному зависят от частоты.
Добавочные сопротивления.
Добавочное сопротивление является простейшим измерительным преобразователем напряжения в ток. Оно предназначено для расширения диапазона измерения по напряжению вольтметров и других приборов, подключаемых к источнику напряжения: вольтметров, счётчиков электроэнергии, фазометров и т.д. Необходимость преобразования напряжения в ток вызвана тем, что измерительные механизмы всех систем, за исключением электростатической, реагируют на значение тока.
Добавочные резисторы включаются последовательно с измерительным механизмом, ограничивая ток в цепи механизма до допустимой величины:
Iu=U / (Ru + Rд),
где Rд - сопротивление добавочного резистора.
Если вольтметр имеет предел измерения Uном и внутреннее сопротивление Ru и надо расширить предел измерения в n раз, то, учитывая, что Iu=const, можно записать:
Uном n Uном
———— ═ —————
Ru Ru + Rд
Отсюда Rд = Ru (n-1).
Добавочные резисторы изготавливаются из манганиновой проволоки, намотанной на изоляционный каркас. Они применяются в цепях постоянного и переменного тока. Добавочные резисторы, работающие на переменном токе, имеют бифилярную обмотку, устраняющую реактивность резистора.
Добавочные резисторы уменьшают температурную погрешность приборов за счёт того, что манганиновое добавочное сопротивление почти
не зависит от температуры. Температурный коэффициент прибора с дополнительным сопротивлением меньше температурного коэффициента измерительного механизма в Ru / (Ru + Rд) раз.
В многопредельных приборах добавочные резисторы изготавливаются секционными – рис. 3.3.
О О U1 О U2 О U3
R91
ИМ
R 92
R 93
Рис. 3.3. Многопредельное дополнительное сопротивление.
Добавочные резисторы могут быть внутренними и наружными. Наружные резисторы выпускаются калиброванными на номинальные токи от 0,5 до 1,0. Добавочные резисторы могут использоваться при измерении напряжения до нескольких киловольт.
