Масштабные измерительные преобразователи используются для расширения диапазона измерений электроизмерительных приборов в цепях постоянного и переменного токов. К ним относятся шунты, добавочные резисторы, делители напряжения, измерительные усилители, измерительные трансформаторы тока и измерительные трансформаторы напряжения.
Шунты
Шунты применяются для расширения пределов измерений приборов, измеряющих силу тока в цепях постоянного тока.
Различают внутренние (встраиваемые в корпус прибора при измерении тока до 10 А) и наружные (универсальные и индивидуальные) шунты. Универсальные шунты характеризуются номинальным током Iнш, номинальным напряжением Uим и классом точности δш.
Измерительный механизм (или милливольтметр) подключается к шунту параллельно. Примеры подключения ИМ к шунтам приведены на рис. 5.1, а и б.
А) б)
Рис. 5.1. Схемы а) одно- и б) двухпредельного амперметров
Предположим, что измерительный механизм характеризуется собственным сопротивлением R0 и током полного отклонения I0 (напряжение полного отклонения U0 = R0 • I0).
Для создания амперметра A (рис. 5.1,а) с верхним пределом измерения I необходим шунт сопротивлением Rш, рассчитываемым по формуле:
, (5-1)
где - коэффициент шунтирования, используемый для определения показания амперметра.
Если Cим – цена деления измерительного механизма и указатель прибора отклонился на N делений, то показания IA амперметра равны:
(5-2)
Для расчета сопротивлений шунтов многопредельного амперметра необходимо составлять систему уравнений. Рассмотрим порядок составления уравнений на примере двухпредельного амперметра (рис. 5.1, б).
Для меньшого предела измерений I2 шунтом Rш2 являются последовательно включенные резисторы R1 и R2, т.е.
(5-3)
Для большего предела измерения I1>I2 шунтом служит резистор R1, а резистор R2 входит в цепь измерительного механизма, т.е.
(5-4)
Решив систему уравнений (5-3, 5-4) находят сопротивление R1 и R2.
Для определения показаний прибора по (5-2) на поддиапазонах I1 и I2 используют, соответственно, и .
Пример 5.1.Рассчитать сопротивления шунтов для а) одно- и б) двухпредельного амперметров (рис. 5-1) с пределами измерения а) I = 2,5 A и б) I1 = 7,5 A; I2 = 5 A.
* Количество значащих цифр, указываемых в значениях сопротивлений, определяются требованиями к погрешности средства измерений (шунтов) и оцениваются по правилам, изложенным в разделе «Приближенные вычисления»
Выбор универсальных шунтов. Для измерения тока I измерительным прибором (амперметром или милливольтметром) с током полного отклонения I0 и сопротивлением R0 (напряжением полного отклонения U0 = R0 • I0) универсальный шунт выбирают из условий:
· номинальный ток шунта Iнш должен быть не меньше измеряемого тока (однако, шунты допускают 20% перегрузку);
· номинальное напряжение шунта Uнш может соответствовать значению в диапазоне от 0,6U0 до 1,0U0;
· класс точности выбирают согласно табл. 5 (или оценивают как составляющую погрешности составного средства измерения)
Схемы измерения тока прибором с универсальными шунтами приведены на рис 5.2
Uш = Uш1 + Uш2 I ≤ Iш1 + Iш2
Iш1 = Iш2 Uш1 = Uш2
Рис 5.2а) б) в)
Схема рис. 5.2а, применяется в случае, когда Iнш≥I и Uнш соответствует диапазону (0,6 … 1,0)U0.
Если измерительный прибор имеет напряжение U0>Uнш, то можно использовать схему рис. 5.2б, при Iнш1 = Iнш2 и выбрать их номинальные напряжения так, чтобы Uнш1 + Uнш2 = (0,6 … 1.0)U0.
Шунты с одинаковыми Iнш и Uнш можно включать параллельно. При этом Uнш = (0,6 … 1,0)U0 и I≤2Iш (рис. 5.2, в).
Измерительные приборы присоединяют к потенциальным зажимам шунтов колиброванными проводами сопротивлением 0,053 Ω, либо проводами, общее сопротивление которых не более 0,05R0.
Оценка значения измеряемого тока I по показаниям N(в делениях) приборов с универсальными шунтами, имеющими характеристики Iнш, Uнш, Rнш = Uнш / Iнш:
если в качестве прибора используется миллиамперметр с характеристиками I0, R0 и ценой деления CmA, то
если в качестве измерительного прибора используется милливольтметр с характеристиками U0, R0 и ценой деления CmV, то
Пример 5.2. Выбрать универсальный шунт для измерения тока I = 45 A миллиамперметром с характеристиками I0 = 7,5 mA, R0 = 10 Ω, класс точности γ = 1,0%. Определить показания миллиамперметра в делениях, если шкала прибора имеет Nн = 100 div.
Пример 5.3.Определить погрешность приближенного расчета измеряемого тока I = 45 A, если в качестве измерительного механизма использован милливольтметр (U0 = 150 mV; I0 = 3 mA; Nн = 75 div) и шунт (см. пример 5.2).
Цена деления милливольтметра
,
а сопротивление .
Отклонение указателя прибора в делениях по точному соотношении
, (5-1)
- коэффициент шунтирования, используемый для определения показания амперметра.
(5-2)
(5-3)
(5-4)
и 
.
,
.
