Масштабним називається вимірювальний перетворювач, вхідні і вихідна величини якого однорідні і який змінює значення електричної величини в заданий число раз.
До масштабних вимірювальних перетворювачів відносяться шунти, добавоч-ні опору, подільники напруги, вимірювальні підсилювачі, вимірювальні трансформатори струму і напруги. Застосування цих перетворювачів дозволяє виготовляти прилади для різних меж вимірювань, розширювати межі вимірювань вже існуючих приладів.
Струмові шунти застосовуються для розширення меж вимірювань амперметрів шляхом зменшення в певне число раз сили електричного струму, що проходить через амперметр. Це буває необхідно, коли значення вимірюваного струму перевершує діапазон вимірювань вимірювального приладу (амперметра).
Шунт являє собою резистор, що включається паралельно входу вимірювального приладу (рис. 2). В цьому випадку вимірюваний струм 11 розподілиться між шунтом і вимірювальним приладом обернено пропорційно значенням їх опорів:
Де Rш - значення опору шунта,
RІП - значення вхідного опору вимірювального приладу (ІП). Так як
де п = I1 / I2 - коефіцієнт шунтування, на який потрібно помножити показання приладу, щоб отримати значення вимірюваного струму 11.
Мал. 2 Схема включення шунта для розширення меж вимірювання амперметра
Амперметри можуть бути многопредельнимі.
- в амперметрах, призначених для вимірювання невеликих значень струмів (до 30 мА), шунти поміщають, як правило, в корпус приладу;
- в приладах для вимірювання великих значень застосовують на-ружной шунти як самостійні засоби вимірювань, які мають дві па-ри затискачів: струмові і потенційні. Струмові затискачі служать для включення шунта в вимірювальну ланцюг, до потенційних затискачів, опір між якими дорівнює Rш. підключають вимірювальний прилад.
Класи точності ви-пускаються шунтів лежать в межах від 0,02 до 0,5. Вони дозволяють розширити межі вимірювання струмів до 15 000А і більше.
Струмові шунти, що випускаються як окремий засіб вимірювань, мають нор-мировалось номінальне значення падіння напруги між потенційні-ми зажимами, відповідне номінального значення струму.
В експлуатації є шунти постійного струму з номінальними значеннями напруги 60, 75, 150 мВ. З цієї причини до токовому шунту можна безпосередньо подклю-чати НЕ амперметр, а мілівольтметр.
Шунти застосовують в основному в ланцюгах постійного струму. У ланцюгах змін-ного струму виникає додаткова складова похибки, обумовлений-ва реактивної складової опору шунта, і зі збільшенням частоти значення опору шунта і амперметра змінюються неоднаково.
Для вимірювання імпульсних струмів до 100 до А виготовляються так називає-мі безреактивное шунти.
Додаткові опори служать для збільшення меж вимірювання
вольтметрів. Мал. 3.
Мал. 3. Схема з'єднання вимірювального механізму з додатковим опором
Вольтметри, виготовлені на основі вимірювачів струму (наприклад, магніто-електричної або електромагнітної системи), мають вбудоване додатковий опір, включене послідовно з вимірювальним механізмом.
Струм I та в ланцюзі, що складається з ІМ з опором R і та додаткового резистора з опором Rд. складе
. де U - вимірювана напруга.
Якщо вольтметр має верхню межу вимірювань Uном. опором Rи. то за допомогою додаткового опору Rд треба розширити межа вимірювання в n раз, то, з огляду на сталість струму, що протікає через вольтметр, можна записати:
Переносні вольтметри, як правило, роблять многопредельнимі. Це озна-чає, що в їх конструкції передбачені додаткові опори для кожного межі вимірювань. Додаткові опори вбудовують в корпус вольтметра з верхньою межею вимірювань до 300-1000 В. Для вимірювань більш високих напруг (до 100 кВ і вище) додаткові опори изготавли-ються у вигляді окремого кошти вимірів.
Додатковий опір для вольтметрів змінного струму повинно мати якомога менше значення реактивної складової, щоб його повне опір менше залежало від частоти. Це досягається шляхом біфілярного намотування опорів або намотування на плоских пластинках.
Для намотування опорів використовують сплави з високою питомою опору-опором і малим значенням температурного коефіцієнта: манганин, ні-хром, константан і т. Д. Для приладів невисокої точності застосовують також се-рійное радіотехнічні неметалеві опору.
Класи точності додаткових опорів, виготовлених як окреме засіб вимірювань, лежать в межах від 0,02 до 1,0. Номінальний струм, відпо-ціалу номінальній напрузі, складає 0,1 - 30 мА. Додаткові опору-тивления, виготовлені як окреме засіб вимірювань, як правило, при-міняють на постійному струмі і включають послідовно з мілі або мікро- амперметром.
Для додаткових опорів і струмових шунтів клас точності позначає межа відносної похибки, вираженої в відсотках.
Для зменшення напруги в певне число раз застосовуються подільники напруги. що представляють собою в загальному випадку послідовне з'єднань-ня двох опорів, що підключаються до двох точках електричного кола, напругу між кото-римі необхідно виміряти (рис. 4).
Мал. 4. Визначення напруги за допомогою дільника
Для кожного резистора маємо:
Розділивши вираз для висловити для в результаті отримуємо:
Коефіцієнт розподілу визначається з виразу
До виходу дільника (до нижнього плеча) підключають вольтметр, за показаннями якого U2 визначають шукане зна-ня вимірюваної напруги:
Залежно від роду вимірюваної напруги подільники можуть бути виконан-нени на чисто активних, ємнісних, індуктивних елементах або змішаного типу, виготовлені на комбінації активних, ємнісних і індуктивних еле-ментів. Подільники напруги або вбудовуються в засоби вимірювань, або виготовляються як окреме засіб вимірювань.