Як правильно розрахувати опір шунта.

Необхідний опір шунта можна визначити з виразу Rш=ra/(р-1).

Вимірюваний струм визначають шляхом множення показань амперметра на коефіцієнт шунтування р: Iх=Iap.

Для зручності перемножування значення коефіцієнта шунтування при малих межах розширення вибирають рівним цілому числу, а при великих - кратним десяти.

Наприклад, є амперметр із струмом повного відхилення 2 А, необхідно їм вимірювати струм, значення якого приблизно 14 А. На перший погляд зручно коефіцієнт шунтуванні прийняти рівним 7 (р=14/2), опір шунта буде в цьому випадку менше внутрішнього опору амперметра в 6 разів. Але тоді при визначенні чисельного значення вимірюваного струму показання амперметра слід було б всякий раз умножати на 7, що не зовсім зручно. Тому коефіцієнт шунтування краще узяти рівним 10, а опір шунта в 9 разів менше внутрішнього опору амперметра. У останньому випадку верхня межа вимірювань амперметра буде вже 20 А, а вимірюваному струму 14 А відповідатиме показанням на шкалі приладу 1,4 А.

В тому випадку, якщо необхідний багатомежний амперметр, наприклад на дві межі I1, і I2 (I1<I2). поступають таким чином. Обчислюють коефіцієнти ділення струмів (коефіцієнти шунтування) р1=I1/Ia; p2=I2/Ia.

 

На межі вимірювань струму I1

 

На межі вимірювань струму I2 шунтом служить резистор R2 тоді

 

Розв’язав систему з двох рівнянь отримаємо

При виборі шунта клас точності його повинен відповідати класу точності приладу.

Стандартні шунти калібровані і розраховані на отримання на потенційних затискачах шунта при проходженні номінального струму напруг 45; 75; 100; 150 мВ. По точності їх ділять на п’ять класів: 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5.

На одномежевих шунтах вказують номінальний струм, на який розрахований шунт, і значення падіння напруги на його потенційних затискачах при проходженні номінального струму.

Додаткові опори.

Значення опору необхідного додаткового резистора, включеного послідовно з вольтметром (мілівольтметром) для розширення меж вимірювань, визначають по формулі

де Rv - внутрішній опір вольтметра; q - коефіцієнт, що показує, в скільки разів потрібно розширити межі вимірювань приладом.

Значення коефіцієнта q визначають по формулі

 

де U1 - нова межа вимірювань напруги; Uv - межа напруги вольтметра, вказана на приладі.

Наприклад, якщо вольтметром з і внутрішнім опором необхідно виміряти постійну напругу порядку 180 В, то q = 1.8, тоді .

Але якщо встановити такий додатковий опір, то покази вольтметра постійно необхідно множити на q = 1.8, що викликає труднощі. Тому необхідно прийняти межу виміру , тоді q= 2. Звідси , тоді для визначення значення виміряної напруги необхідно покази приладу збільшити вдвічі.

Завдання №1.

Визначити номінальний струм амперметра з опором і струмом повного відхилення стрілки I, якщо його підключили до шунта з опором .

Завдання №2.

Для вимірювання використали вольтметр з внутрішнім опором . Покази приладу з опором , без опору . Знайти .

№ вар	Завдання 1	№ вар	Завдання 2
	I(A)			U1	U2
	0,2		0,01
	0,62		0,02
	0,8	0,2	0,03
	0,5		0,003
	0,1		0,01
	0,52		0,02
	0,2		0,03
	0,62		0,003
	0,8	0,2	0,01
	0,5		0,02
	0,1		0,03
	0,52		0,003
	0,2		0,01
	0,62		0,02
	0,8	0,2	0,03
	0,5		0,003
	0,1		0,01
	0,52		0,02
	0,2		0,03
	0,62		0,003
	0,8	0,2	0,01
	0,5		0,02
	0,1		0,03
	0,52		0,003
	0,2		0,01
	0,62		0,02
	0,8	0,2	0,03
	0,5		0,003
	0,1		0,01
	0,52		0,02

 

Контрольні запитання:

1. В якому випадку шунт встановлюється всередину приладу?

2. Як класифікуються шунти?

3. Як визначається опір шунта або додаткового опору?

 

 

Практична робота № 3

Тема: Вивчення конструкції осцилографа.

Мета: Набути практичні навики по правилам підготовки осцилографа до роботи.

Обладнання: Осцилограф, генератор сигналів.

Теоретичні відомості

Найчастіше використовуються осцилографи з електронно-променевою трубкою - електронно-променеві осцилографи (ΕΠΟ). Електронно-променевий осцилограф є одним з найбільш універсальних вимірювальних приладів, призначених для візуального спостереження електричних сигналів і виміру їхніх параметрів. Розроблені і використовуються різні типи електронно-променевих осцилографів:

•універсальні;

• швидкісні;

• стробоскопічні;

• запам'ятовувальні;

• спеціальні.

1.1 Найпоширенішими осцилографами є універсальні осцилогра­фи. Вони дозволяють досліджувати широкий клас електричних сигналів із тривалістю від одиниць наносекунд до декількох секунд у діапазоні від часток мілівольтів до сотень вольтів. Смуга пропускання частот сучасних універсальних осцилографів становить 300...400 МГц. Зображення сигнала на екрані відображається практично одночасно з появою сигналу на вході. Тому такі прилади називаються осцилографами реального часу. Часто універсальні осцилографи виконують зі змінними блоками, які істотно розширяють їхні функціональні можливості.

1.2 Для дослідження швидкоплинних процесів (наприклад нано- і пікосекундної тривалості) застосовуються швидкісніосцилографи, основним вузлом яких служить спеціальна електронно-променева трубка бігучої хвилі. У швидкісних осцилографах, як правило, попереднє посилення вхідного сигналу не виробляється і тому їхня чутливість невелика. Ці прилади також є осцилографами реального часу, які дають можливість спостерігати і фотографувати як одиночні, так і періодичні сигнали.

1.3 Повторювані короткочасні процеси досліджуються за допомогою стробоскопічних осцилографів. За принципом дії стробоскопічні осцилографи відносяться до приладів з перетворенням тимчасового масштабу і відрізняються високою чутливістю і широкою (до 25 ГГц) робочою смугою частот.

1.4 Запам'ятовувальні осцилографи, у яких використовуються спеціальні електронно-променеві трубки, мають здатність зберігати і відтворювати зображення сигналу протягом тривалого часу після зняття сигналу із входу осцилографа. Основним призначенням запам'ятовувальних осцилографів є дослідження однократних і рідкоповторюваних часових процесів. Запам'ятовувальні осцилографи мають майже ті ж характеристики, що і універсальні, однак вони відрізняються розширеними функціональними можливостями.

1.5 Спеціальні осцилографи оснащуються додатковими блоками цільового призначення. До цієї групи осцилографів відносяться і телевізійні осцилографи, які дозволяють виділяти відеосигнал заданого рядка зображення, і цифрові осцилографи, які дають можливість не тільки спостерігати сигнал, але і передавати його в цифровому виді на комп'ютер для подальшої обробки. Спеціальні осцилографи забезпечуються блоками виміру напруг, струмів і опорів (мультиметрами) а також пристроями для дослідження вольтамперних характеристик напівпровідникових приладів.

По числу одночасно спостережуваних на екрані сигналів осци­лографи підрозділяються на:

- одноканальні;

- багатоканальні.

Сполучення на екрані зображень декількох вхідних сигналів» досягається або використанням спеціальної багатопроменевої труб­ки, або шляхом періодичного перемикання осцилографа на різні входи за допомогою електронного комутатора.

Универсальным осцилографом називається вимірювальний при­лад, у якому досліджуваний електричний сигнал подається через канал вертикального відхилення на вертикально відхиляючу систему електронно-променевої трубки (ЕІІТ), а горизонтальне відхилення електронного променя трубки здійснюється за допомогою напруги горизонтального розгорнення.

Спрощена структурна схема універсального осцилографа представлена на мал.1.

Рисунок 1 Спрощена структурна схема універсального осцилографа

В осцилограф крім ЕПТ і каналів вертикального і горизонтального відхилень входять наступні функціональні блоки:

- пристрій синхронізації і запуску розгорнення,

- канал модуляції променя,

- допоміжні пристрої і джерело живлення.

У скляному балоні ЕПТ розташований підігрівний катод К, модулятор (сітка) М, фокусуючий анод а1, прискорювальний анод А2, дві пари взаємо-перпендикулярних відхиляючих пластин, де X-горизонтальні, a Y- вертикальні пластини.

Канал вертикального відхилення променя Υ містить у собі:

- атенюатор,

- лінію затримки

- підсилювач (див. мал. 1).

Канал Υ служить для подачі на пластини Υ досліджуваного сигналу uc(t), що подається на вхід Y.

Атенюатор каналу призначений для ослаблення сигналу uc(t) у певне число разів.

Лінія затримки є регульованою і забезпечує подачу сигналу на пластини Υ із затримкою відносно початку горизонтальнорозгортаючої напруги, Ux.

Підсилювач забезпечує одержання амплітуди сигналу на пластинах Υ, достатньої для необхідного відхилення променя на екрані навіть малим досліджуваним сигналом Uc(t).

Основними характеристиками каналу вертикального відхилення є верхня гранична частота порядку 100 МГц і чутливість

 

де кд –коефіцієнт ділення атенюатора, Sус – чутливість підсилювача.

Канал горизонтального відхилення променя X служить для створення горизонтально відхиляючої—розгортаючої напруги Ux за допомогою напруги генератора розгорнення і для передачі (через атенюатор і підсилювач) на пластини X досліджуваного сигналу, подаваємого до входу X осцилографа.

Схема синхронізації забезпечує формування сигналу синхронізації, що надходить на генератор розгорнення (для одержання чіткої нерухомої осцилограми).

Підсилювач каналу X підсилює і перетворює сигнал розгорнення Uр в Ux.

Канал горизонтального відхилення характеризується чутливістю і смугою пропущення частот, які у два рази менші, ніж у каналі вертикального відхилення. Основним блоком у каналі є генератор розгорнення, що може працювати як у безперервному, так і у режимі чекання.

Канал Ζ (канал керування яскравістю) осцилографа служить для передачі із входу Ζ на керуючий вхід ЕПТ сигналу, що модулює струм її променя і, отже, яскравість світіння люмінофора.

До складу цього каналу входять: атенюатор, схема зміни напруги, підсилювач Z.

Калібратор призначений для формування періодичних імпульсних сигналів з відомою амплітудою, тривалістю і частотою для калібрування осцилографа.

Одним з основних вузлів осцилографа є електронно-променева трубка, вихідними елементами якої служать дві пари пластин. Пластини за допомогою спеціального розгорнення відхиляють промінь у горизонтальному і вертикальному напрямках.

Розгорнення має вигляд лінії, що креслить промінь на екран при відсутності досліджуваного сигналу в результаті дії тільки однієї напруги, що розгортає. Якщо розгортаюча напруга прикладена до однієї пари відхиляючих пластин звичайно до пластин X, то розгорнення називають за формою розгортаючої напруги (наприклад лінійної обо синусоїдальної).

Якщо розгортаючі напруги прикладені до відхиляючих пластин X і Υ трубки осцилографа одночасно, то назва розгорнення дається по її формі (наприклад, кругова або еліптична).

Як ми вже відзначали, найпростіша однопроменева трубка є вакуумним скляним балоном, у якому розташовані: підігрівний катод К; модулятор (сітка) М; фокусуючий анод АІ, прискорювальний анод А2, дві пари взаємно перпендикулярних відхиляючих пластин, де X- горизонтальні і Y- вертикальні пластини. Внутрішня поверхня дна балона (екран) покрита люмінофором, що світиться під дією бомбардування електрона. Сукупність електродів Κ, Μ, Α1, Α2 називається електронною гарматою, яка випускає вузький пучок електронів. Для цього на електроди подают напруги, зразкові величини яких – 50В, + 1000... 2000В.

Основні характеристики ЕПТ:

- чутливість,

- смуга пропущений частот,

- довжина післясвітіння,

- площа екрана.

Чутливість: S = LТ / UТ,

LТ – відхилення променя під дією напруги.

До визначальних параметрів ЕПТ відносяться наступні світлові характеристики:

• діаметр світлової плями, який при оптимальній яскравості визначає роздільну здатність ЕПТ;

• максимальна яскравість світіння екрана, яка залежить від щільності електронного пучка і регульована шляхом зміни від’ємної напруги на модуляторі;

• кольори світіння екрана. Найчастіше використовуються зелений і жовтий кольори, які забезпечують найменшу стомлюваність очей; для фотографування з екрана застосовують ЕПТ із блакитним сві­ченням, до якого більше чутливі фотоматеріали;

• час післясвітіння. Для поліпшення візуального сприйняття осцилограми час світіння екрана повинен перевищувати час впливу з малим (0,01 с) післясвітінням. При дослідженні повільно мінливих процесів використовуються екрани, що мають післясвітіння більше 0,1 с.

Цифрові осцилографи забезпечують одночасне спостереження на екрані сигналу і одержання чисельного значення його параметрів з більшою точністю в порівнянні із традиційним способом одержання кількісних даних безпосередньо з екрана осцилографа. Це обумовлено тим, що вимір параметрів сигналу здійснюється безпосередньо на вході цифрового осцилографа, а не на виході каналу вертикального відхилення, де на сигнал накладаються всі помилки каналу, ці помилки можуть досягати до 10%.

За допомогою цифрових осцилографів виміряються наступні параметри: амплітуда сигналу, його частота, а також тривалість імпульсу.

Однак виміром цих параметрів не обмежуються можливості цифрових осцилографів. Сполучення цифрових осцилографів з мікропроцесорами дозволяє визначати діюче значення напруги сигналу і навіть обчислювати і відображати на екрані перетворення Фур'є для будь-якого виду сигналу.

У цифрових осцилографах здійснюється повна цифрова обробка сигналу. Тому тут для відображення інформації, як

правило, використовуються останні досягнення в області ство­рення індикаторних панелей.

У цифрових осцилографах при відображенні результатів виміри можливі три режими роботи:

1. Одночасне спостереження динамічного зображення сигналу на екрані з висвічуванням на світловому табло його численних параметрів.

2. Оператор підводить до зображення сигналу на екрані світло­ві мітки так, щоб відзначити вимірюваний параметр, і по цифрі

на відповідному регулюванні визначає величину цікавлячого параметра.

3. Використання спеціальних кінескопів (наприклад, матрич­них індикаторів) і растрового методу для формування зо­браження досліджуваних сигналів і цифрової інформації.

У сучасних цифрових осцилографах установка оптимальних розмірів зображення на екрані трубки виконується автоматично.

До складу структурної схеми цифрового осцилографа входять: атенюатор вхідного сигналу; підсилювачі вертикального і горизонтального відхилень; вимірники амплітуди і тимчасових інтервалів; інтерфейси сигналу і вимірників; мікропроцесорний контролер; генератор розгорнення; схема синхронізації і електронно-променева трубка.

Габаритні розміри корпуса цифрового осцилографа перебувають у межах 335 χ 280 χ 566 мм; маса становить близько 14 кг; діапазон робочих температур — в інтервалі від -10 до +50 °С.

Амплітудні і тимчасові параметри досліджуваного сигналу визначаються за допомогою убудованих у прилад вимірників. На підставі даних вимірів мікропроцесорний контролер робить обчислення необхідних коефіцієнтів відхилення і розгорнення і через інтерфейс уводить ці коефіцієнти в апаратну частину каналів вертикального і горизонтального відхилень. Це забезпечує стабільність розмірів зображення по вертикалі і горизонталі та автоматичній синхронізації сигналу.

Крім того, мікропроцесорний контролер також опитує положення органів керування на передній панелі, і дані опитування після кодування знову надходять у контролер, який через інтерфейс включає відповідний режим автоматичного виміру. Результати вимірів відображаються на окремому світловому табло (воно може бути убудоване в екран трубки), причому амплітудні і тимчасові параметри сигналу відображаються одночасно.

 

Хід роботи:

· Вивчити призначення основних органів керування осцилографа.

· З дозволу викладача ввімкнути живлення осцилографа і генератора сигналів, отримати сигнал на екрані ЕПТ і добитись синхронізації.

· Теоретичні відомості, вивчає мого осцилографа, занести до конспекту.

· Здати залік по конструкції осцилографа.

 

Практична робота № 4

Тема: Розрахунок трансформатора струму.

Мета: Навчитися розраховувати трансформатор струму.

 

Теоретичні відомості.

До вимірювальних відносяться трансформатори струму, трансформатори напруги, які використовуються при вимірюванні великих струмів і напруг і дозволяють використовувати

електровимірювальні прилади звичайної конструкції.

Вимірювальні трансформатори служать також для розділення високовольтних силових ланцюгів в електроустановках і низьковольтних вимірювальних ланцюгів, а також

для живлення релейної і іншої апаратури автоматичного управління та захисту.

Трансформатор струму використовується звичайно для перетворення змінного струму великої сили в відносно невеликий струм(до 5 А), який зручно вимірювати стандартними вимірювальними приладами. Первинна обмотка трансформатора струму вмикається послідовно ланцюга вимірюваного струму, а вторинна обмотка замикається безпосередньо на амперметрструмову обмотку ваттметра, лічильника електроенергії або реле. Оскільки ці прилади мають дуже малий опір, то трансформа­тори струму розраховані на режим роботи, близький до короткого замикання.

У трансформаторів струму, котрі вмикаються в лінію з достатньо великими струмами, число витків первинної обмотки невелике. Для дуже великих струмів первинна обмотка виконується у вигляді шини, продітої в вікно стального сердечника, на якому намотані витки вторинної обмотки. Вторинні обмотки трансформаторів струму звичайно розраховані на струм 5А не залежно від того, на який струм розрахована первинна обмотка.

Трансформатори напруги (ТН) призначені для пониження високої напруги (вище 250 В) до якогось стандартного (приняйто 100 В), використаного для живлення вимірювальних приладів,ланцюгів автоматики, сигналізації і захисних пристроїв. Вони одночасно ізолюють перечислені ланцюги від високої напруги. ТН використовуються як для внутрішнього, так і для зовнішнього встановлення на всю шкалу напруг (починаючи від 380 В).

 

 

Рис 1. Трансформатори струму: а-прохідний ТПФМ-10 на 10 кВ, б-опорный ТФН-35М на 35 кВ; 1 - первинна обмотка, 2-фарфоровый ізолятор, 3 —вторинна обмотка, 4 -сердечник вторинної обмотки, 5 - контактный угольник, 6-крышка, 7 - кожух, 8-верхній фланець. 9 - зажими выводів вторинної обмотки, 10 - якореподібний болт, 11 — крышка-колпак, 12 — ребриста порцелянова покришка. 13 - изоляцїйне масло, 14 -обмотки, 15 - напівхомут 1б - маслови-пускач, 17 —цоколь, 18 — коробка вторинних виводів, 19 —кабельна муфта, 20—масловказівник