Вольтамперфазометры

ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время функционирование промышленных объектов невозможно представить без применения электроизмерительных приборов. Обеспечение предприятия необходимым метрологическим оборудованием является сложной комплексной задачей, подразумевающей высокую квалификацию принимающего решение отдела. Необходимо учитывать множество факторов: номенклатуру имеющегося в наличии оборудования, возможности будущей модернизации, квалификацию обслуживающего персонала, стоимость метрологического обеспечения с учетом комплектации и периодичности поверочных интервалов, правила пожарной, а также, возможно искро- и взрывобезопасности и множество других факторов. Учет всех нюансов подразумевает коллегиальный и, на практике, компромиссный подход к принятию решения с учетом собственного предыдущего опыта, опыта решения проблемы другими организациями и, разумеется, тщательным изучением технических возможностей представленного на рынке метрологического оборудования. Можно выделить три основных аспекта, ключевых при принятии решения:
1. Защита входных цепей, так называемая «защита от дурака». Необходимо иметь в виду, что при эксплуатации возможно неправильное подключение прибора, что может привести к его поломке.
2. Простота эксплуатации. Необходимо принимать во внимание квалификацию персонала, для которого предназначен закупаемый прибор, а также учитывать фактор преемственности. Если интерфейс и принципы работы нового прибора схож с интерфейсом приборов предыдущего поколения – освоение работы с ним будет намного проще для инженерного персонала.
3. Комплектность поставки. Комфортная эксплуатация прибора, поставляемого без необходимых аксессуаров (шнуров, щупов, зажимов, футляра или защитного чехла) крайне проблематична или даже невозможна.
Измерительные приборы могут быть классифицированы по многим признакам: назначение; принцип действия; измеряемые уровни сигнала; точность; чувствительность; стационарные, местные или переносные; стойкость к внешним воздействия и пр. и пр. Вольтамперфазометр принципиально является электрическим измерительным прибором, поскольку измеряет параметры токов и/или напряжений.
По принципу действия электрические измерительные приборы разделяются на электродинамические и электростатические.
Принцип действия электродинамического прибора – основан на механическом взаимодействии двух проводников по которым протекает электрический ток. В состав входят измерительный преобразователь – первичный датчик, преобразующий измеряемую величину в переменный или постоянный ток и измерительный механизм электродинамической системы. Широкое распространение получили электродинамические приборы с не жестко конструктивно закрепленной катушкой, внутри которой, в свою очередь, на оси расположена еще одна катушка, связанная с подвижной стрелкой. В случае прохождения токов через катушки возникает магнитная индукция, преобразующаяся в механическую энергию вращения оси. Создаваемый вращающий момент уравновешивает сопротивление пружины, с которой связана подвижная ось. При равенстве крутящих моментов стрелка замирает на определенном значении. Конструкция электродинамических механизмов может содержать две расположенные перпендикулярно рамки (так называемый логометр). Подобные измерительные приборы часто используют как частотомеры, фазометры и измерители величины емкости. Электродинамические приборы обычно портативные, обладают высокой точностью. Разновидностью электродинамических приборов является ферродинамический прибор, в котором для усиления магнитного поля неподвижной катушки применяют магнитный сердечник из ферромагнитного материала. Отсутствие движущихся частей позволяет применять эти приборы в условиях вибрации или другого вида механического воздействия. Классы точности ферродинамических приборов - 1,5 и 2,5 [2].
Принцип действия электростатического прибора, в отличие от электродинамического, основан на механическом взаимодействии разноименно заряженных проводников. Измеряемая физическая величина преобразуется в напряжение переменного или постоянного тока. Полученное таким образом напряжение подводится к подвижному электроду, закрепленному на оси, которая связана с указателем, и к изолированному от него неподвижному проводнику. В результате электроды становятся заряжены, возникает сила, пропорциональная квадрату напряжения, на оси появляется вращающий момент, которому противодействует установленная механическая пружина. В результате воздействия результирующего момента указатель измерительного механизма поворачивается на определенный угол [1]. Электростатический прибор часто используется для измерения напряжений переменного, в том числе высокочастотного, или постоянного тока. Для этих приборов характерна экономичность, а также линейная характеристика в зависимости от частоты. Недостатком является зависимость точности измерений от наличия внешних электростатических полей. Данную зависимость можно существенно ослабить внутренним экранированием прибора. Наивысший класса точности для электростатических приборов - 0,005.
Ниже рассмотрены основные понятия и термины, относящиеся к измерительным приборам.
Чувствительность – отношение величины, выраженной в линейных или угловых единицах, перемещения указателя измерительного прибора относительно шкалы к величине изменения значения измеряемого параметра, вызвавшего это перемещение.
Шкала измерительного прибора – необходимая часть отсчётного устройства прибора, представляющая собой ряд меток (точек, штрихов) и прорисованных у всех или некоторых из них чисел характеризующих значения измеряемой величины. Параметры шкалы — ее пределы, цена деления (разность значений величины, соответствующих двум соседним отметкам) и пр. — определяются назначением прибора, реализуемым измерительным механизмом прибора, чувствительностью прибора и требуемой точностью отсчёта. Шкала может быть линейной, квадратичной, логарифмической или иметь более сложную зависимость. В приборах различной конструкции деления шкалы могут располагаться по окружности, дуге или прямой линии. Часть делений шкалы визуально выделяется с помощью более длинных (или толстых) линий или других символов. Длительная практика использования измерительных приборов показывает, что невооружённым глазом человек с нормальным зрением может различить отдельные показания при расстоянии между делениями, отстоящими не менее, чем на 0,7 мм. При меньших расстояниях необходимо применять увеличительное стекло или микроскоп. Соответственно практическое применение таких мелких шкал сильно затрудненно и целесообразно только в особых случаях. Для увеличения точности могут применяться дополнительные шкалы — нониусы.
Нониус – вспомогательная шкала, позволяющая увеличить точность измерения на некоторую долю цены деления основной шкалы. Идея современного нониуса предложена французским ученым и механиком Вернье, поэтому нониус еще называют верньером. Используются несколько видов нониусов - линейный, угломерный, спиральный и др. Наиболее употребительным является линейный нониус. Его применение основано на отличии величины делений основной шкалы и шкалы нониуса. Причем величина деления нониусной шкалы и величина деления основной шкалы имеют общее кратное, обычно небольшое. В результате совмещения двух шкал можно довольно точно определить совпадения меток нониусной и обычной шкалы. Это позволяет повысить точность измерения до 0,1; 0,05 или даже 0,02 мм.
Отсчётным устройством измерительного прибора называется – часть прибора, визуализирующая его показания. Отсчётное устройство аналогового прибора представляет собой совокупность шкалы и указательной стрелки, причем в процессе измерения передвигаться может как указатель, так и шкала. Указатели могут быть различной конструкции и устройства, интересным решением является применение не механического указателя, а светового луча. Для уменьшения погрешности, вызванной параллаксом, шкалы могут снабжаться зеркалом. В световых отсчётных устройствах роль указателя выполняет луч света, отражённый от зеркальной поверхности, скрепленной с подвижной частью прибора. От его угла поворота зависит положение светового луча, показывающего показания измерения, на шкале. Отсчётное устройство со световым лучом уменьшает погрешность, вызванную параллаксом и тем самым повышает класс точности прибора.
Отсчётное устройство цифрового прибора позволяет получить величину измеряемой характеристики непосредственно в цифровой форме. Для изображений цифр измеряемой величины применяются цифровые индикаторы различной конструкции. Механические, на данный момент устаревшие, индикаторы представляют собой ряд роликов или дисков с цифрами по окружности и нескольких отверстий, размер которых таков, что от одного ролика или диска можно увидеть только одну цифру в данный момент. Типичным таким устройством являются, например, счётчики электроэнергии. Электромеханические индикаторы сходны по конструкции с механическими, за тем исключением, что подвижные части с изображениями цифр перемещаются электромеханическими приводами. В электрических индикаторах применяются лампы накаливания, фотополупроводники, люминесцентные или газоразрядные элементы и электроннолучевые трубки, образующие изображения цифр.
Точность измерения – основная характеристика измерительного прибора, показывающая степень соответствия результатов измерения истинному значению измеряемой величины. Чем меньше результат измерения отличается от истинного значению - тем выше точность измерения, т.е. меньше погрешность, тем выше класс точности прибора. Погрешность измерения может быть систематической, случайной или содержать обе. Для уменьшения любого вида погрешностей применяются серии измерений с последующим усреднением результатов.
В некотором смысле обобщенные точностные характеристики и характеристики чувствительности измерительных приборов государственными органами стандартизации введено понятие класса точности средств измерений. Введение классов точности необходимо для стандартизации средств измерений и облегчает их выбор для измерений с требуемой точностью. Из-за многообразия измеряемых величин, принципов работы измерительных средств, особенностей конструкции приборов и пр. нецелесообразно вводить единый способ выражения пределов допускаемых погрешностей и единые обозначения классов точности для всех видов измерительных приборов. Классы точности средств измерений регламентируются ГОСТ 8.401-80. Несколько упрощенно, можно сказать, что класс точности отражает величину погрешности измерений данного прибора. Например: классу точности 0,1 соответствует погрешность 0,1 процента. Многие индикаторные приборы характеризуются по приведённой погрешности, выраженной в процентах от максимального предела измерений. В этих случаях применяется стандартный ряд классов точности: 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0.
Современные измерительные устройства в основном цифровые, т.е. для измерения используются импульсы тактового высокочастотно генератора. Это обеспечивает высокую точность измерения, а также высокую скорость измерения, что в некоторых случаях является критичным параметром. Новейшее поколение измерительных приборов сконструировано с применением микроконтроллеров. Это открывает широкие возможности не только непосредственно для измерения, но и для обработки результатов. Кроме того, производители устройств в целях конкуренции стараются сделать свои приборы многофункциональными, добавляют возможность путем конфигурирования на одном и том же цифровом индикаторе (сейчас это в большинстве случаев жк-дисплей) считывать множество физических величин. Кроме того, использование микропроцессорных устройств открывает возможности по интеграции отдельных измерительных устройств в измерительные комплексы, которые, в свою очередь, могут являться частью автоматической системы управления сложнейшим техногенным объектом. Используя специально программное обеспечение, такие измерительные комплексы могут автоматически производить периодическую самодиагностику, нести на себе функции аварийной сигнализации и множество других полезных функций.
Вольтамперфазометр - это электрический прибор, предназначенный для измерения величины постоянной составляющей напряжения, переменного тока и напряжения, возможно одновременное вычисление активной и реактивной мощностей. Также прибор предназначен для измерения частоты сигнала на опорном канале, а также для определения угла сдвига фаз между током и напряжением, двумя напряжениями либо двумя токами и определения чередования фаз в трехфазной системе напряжений. Прибор применяется для комплексных испытаний защит трансформаторов, генераторов, линий в цепях трансформаторов тока и напряжения, настройке релейных схем, проверки и наладки фазочувствительных схем, фазировки и контроля правильности включения электро- установок сети трёхфазного переменного тока.
Измерение сдвига фаз между напряжениями, токами или током и напряжением (cos φ) на промышленных частотах выполняют приборами с непосредственным отсчётом, у которых в качестве измерительного механизма часто используется логометр (ферродинамический, электромагнитный, индукционный, электродинамический). Отклонение движущийся части логометра определяется сдвигом фаз соотносимых тока или напряжения.
Вольтамперфазометр является основным устройством для работников отделов релейной защиты, отделов главного энергетика и множества остальных, непосредственно связанных с функционированием электрических приборов и установок специалистам. Так как подобное устройство служит основным прибором в качестве рабочего инструмента, оно должно обладать целым рядом отличительных особенностей и отвечать повышенным требованиям. Данное контрольно-измерительное устройство, как минимум, должно быть:
- портативным;
- иметь высокую точность замеров;
- очень удобным в использовании;
- легким в обращении
- иметь высокую надежность.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.
Введение
3
1. Вольтамперфазометр как средство измерения
7
1.1 Обзор производителей вольтамперфазометров
10
1.2 Сравнительный анализ характеристик вольтамперфазометров
15
1.3 Практика применения выбранного вольтамперфазометра
18
2. Анализ метрологических характеристик
22
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
29
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
30

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данной работе произведен сравнительный анализ измерительных приборов типа вольтамперфазометр. Этот тип приборов широко используется на промышленных объектах для измерения постоянного и переменного напряжения и тока, измерения сдвига фаз и много другого. В первой части приведена классификация фазометров, рассмотрены принципы работы вольтамперфазометров различных типов. Приведены технические характеристики измерительных приборов таких фирм: компании «Парма» (модели приборов: Парма-ВАФ-А(С), Парма-ВАФ-А(М), Парма-ВАФ(Т)), ОАО Электроизмеритель (ВАФ-85-М1, ВАФ-4303, ВАФ-4333), НПО «Динамика» (РЕТОМЕТР – М2), AnCom (Ancom VAP),- Metrel, Словения (MI 2230), - Радио-Сервис (РС-30), - НИИЭМП (ВАРТ-1, ВАРТ-2) На основе сравнительного анализа технических характеристик, ценовой категории, комплектности поставки для более детального анализа выбран прибор РЕТОМЕТР-2М. Для данного прибора приведены детальные технические характеристики, возможные комплектности поставки, условия безопасного использования и особенности эксплуатации.
 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Алукер Ш.М. Электроизмерительные приборы. Учебное пособие. М: 1976, Высшая школа. – 232с.
2. Байда Л.И. Учебник для ВУЗов. Электрические измерения. Ленинград: 1980. Энергия. – 392с.
3. ВОЛЬТАМПЕРФАЗОМЕТР «ПАРМА ВАФ -А». Руководство по эксплуатации РА1.007.001 РЭ, САНКТ-ПЕТЕРБУРГ.
4. ВОЛЬТАМПЕРФАЗОМЕТР М2. Руководство по эксплуатации ПШИЖ 01.00.00.00.010 РЭ, БЕЛАРУСЬ, г. Минск.
5. ВОЛЬТАМПЕРФАЗОМЕТР ВАРТ. Руководство по эксплуатации РА3 01.00. 00.010 РЭ, Москва.
6. ВОЛЬТАМПЕРФАЗОМЕТР ВАФ-85-М1 Руководство по эксплуатации ГВ3 03.00. 00.011, Челябинск.
7. Епифанов С.Н., Красных А.А. Электроизмерительные приборы. Справочно-методическое пособие. Киров: Изд. ВятГТУ. – 42с.