Современные средства измерений силы переменного тока

В настоящее время в мировой метрологической практике для точных измерений силы тока в диапазоне частот 20 Гц— 1 МГц используют главным образом компарирующие ТП тока. При помощи них измеряемое значение силы тока сравнивается с эквивалентным ему по тепловому действию значением силы постоянного тока. Тепловая энергия, рассеиваемая в токопроводящей цепи этого элемента, как правило, преобразуется в термоЭДС. Точность измерений СПТ с применением ТП определяется тем, насколько он одинаково реагирует на постоянный и переменный ток, т. е. насколько близок по своим свойствам к «идеальному». Наибольшие успехи в создании идеального ТП связаны с термопреобразователями многоэлементными (ТЭМ). Однако наличие большого числа термопар в одном элементе приводит к дополнительным частотным погрешностям, поэтому частотный диапазон ТЭМ ограничен 20—100 кГц. Частотные погрешности значительно ниже у одноэлементных ТП, например у ТП типа ТВБ, выполненных по схеме термокреста. Следует отметить также, что, обладая достаточно высокой чувствительностью, все ТП имеют ограничения по силе измеряемого тока из-за погрешности, обусловленной излишним выделением тепла в его измерительной цепи. Поэтому в диапазоне измерений 0,001—0,1 А при повышенных и высоких частотах предпочтительным является применение одноэлементных ТП, например, ТВБ, а для измерений более сильных токов при частотах ниже 20 кГц — ТЭМ, обычно в комплекте с шунтами.

В наше время усилиями метрологов ВНИИМ созданы опытные образцы перспективных пленочных ТЭМ. Результаты их исследований приведены ниже:

сопротивление нагревателя, Ом…100 ± 10.

сопротивление блока термопар, кОм…10 ± 2.

номинальный ток, мА…10.

значение термоЭДС при номинальном токе, мВ…150 ± 20.

нестабильность термоЭДС за 5 мин, %…0,001—0,002.

асимметрия, %…0,01.

частотная погрешность (относительно 1 кГц), %:

до 100 кГц …0,003−0,004.

до 1 МГц…0,05.

габариты кристалла, мм …3,5×2,5.

Также в разработке находятся альтернативные методы измерений силы тока при помощи измерительных преобразователей Холла, индукционных преобразователей (трансформаторов тока), так называемых термоэлектрических мембранных преобразователей, совмещенных в рамках интегральной технологии с операционными усилителями, фильтрами и схемами сопряжения с внешними компьютерами. В первых двух методах используется переменное магнитное поле, возникающее вокруг проводника с током, причем магнитная индукция поля пропорциональна силе этого тока. К сожалению, такие преобразователи не обеспечивают эталонных точностей. Однако до настоящего времени они разрабатывались исключительно для нужд промышленности, где вполне приемлемыми являются погрешности порядка процента. Не исключено, что дальнейшие разработки позволят повысить точность этих преобразователей до требуемого эталонного уровня.

В связи с интенсивным развитием измерений силы тока на высоких и сверхвысоких частотах, что актуально при разработках эксплуатации аппаратуры телекоммуникационных систем, целесообразно еще раз отметить перспекти3.20. Современные средства измерений силы переменного тока 85

вы и основные тенденции использования ранее описанных средств измерений.

Для измерений токов ВЧ в основном используют приборы электродинамической системы, а также приборы с термоили фотоэлектрическими преобразователями. Вместо шунтов, которые применяют при измерениях сильных токов низких частот, используют трансформаторы тока (токосъемники).

Точность измерений силы тока (погрешность 1Ю^-5— ЗТО в диапазоне 20 Гц—1 МГц обеспечивает метод термоэлектрического компарирования переменного и постоянного тока с использованием ТП. Для измерения токов ОДА при повышенных частотах следует применять одноэлементные ТП типа ТВБ, для измерения более сильных токов при частотах ниже 20 кГц — многоэлементные ТП (ТЭМ), обычно в комплекте с шунтами. Измерение с помощью ФЭП тоже дает высокую точность из-за высокой чувствительности этих приборов и даже имеет некоторые преимущества перед термоэлектрическим методом измерения. Но у фотоламп есть существенный недостаток — их физическая недолговечность.

Неплохо зарекомендовали измерительные преобразователи на основе пояса Роговского. Последнее обстоятельство позволило ввести в практику средства измерения медицинского назначения, такие как измерители выходной мощности аппаратов УВЧ-терапии и гипертермии с улучшенными свойствами для клинической практики.