Измерение тока и напряжения

Измерение тока. Приборы, предназначенные для измерения тока, получили название амперметров. Приборы, рассмотренные в гл. 9, могут служить как для измерения тока, так и для измерения напряжения. При этом отличаются способы включения их в электрическую цепь и значения сопротивления измерительной цепи прибора. Амперметр включают в цепь таким образом, чтобы через него проходил весь измеряемый ток, т. е. последовательно. Сопротивление амперметра должно быть малым, чтобы в нем не происходило заметного падения напряжения.

Для измерения постоянного тока используют преимущественно амперметры магнитоэлектрической системы и реже приборы электромаг­нитной системы, а для измерения переменного тока частотой 50 Гц в основном применяют амперметры электромагнитной системы.

Непосредственное включение амперметра в цепь измеряемого тока не всегда возможно, так как в некоторых случаях измеряемый ток во много раз превосходит необходимый для полного отклонения подвижной системы прибора. В этих случаях при измерении постоянного тока параллельно амперметру включают шунт, через который проходит боль­шая часть измеряемого тока (рис. 10.1).

Согласно первому закону Кирхгофа, максимальное значение измеряе­мого амперметром тока при наличии шунта

где I_max — максимальное значение тока в цепи; I_Aн — номинальное (предельное) значение тока амперметра в отсутствие шунта; I_ш - ток, проходящий через шунт. Так как амперметр и шунт включены парал­лельно, то токи между шунтом и амперметром распределяются обратно пропорционально их сопротивлениям:

откуда находим сопротивления шунта:

(10.1)

где r_A — внутреннее сопротивление амперметра; n = I_max/I_Aн — коэффициент, показывающий, во сколько раз расширяются пределы изме­рения.

Так как то ток в цепи при заданной нагрузке

(10.2)

где I_A — показание амперметра. Если шкалу амперметра отградуиро­вать с учетом шунта, то можно определять значение измеряемого тока I непосредственно по показаниям прибора.

При измерении переменных токов шунты не применяют. Это объясняется тем, что распределение токов между шунтом и амперметром определяется не только их активным сопротивлением, но и реактивным сопротивлением прибора, которое зависит от частоты. Поэтому для расширения пределов измерения амперметров в цепях переменного тока используют измерительные трансформаторы тока.

Измерение напряжения.Электроизмерительные приборы, предназ­наченные для измерения напряжения, называются вольтметрами. Вольтметры включают параллельно участку {элементу) электрической цепи, на котором измеряют напряжение. При этом вольтметр должен иметь очень большое сопротивление по сравнению с сопротивлением элемента цепи, на котором измеряется напряжение. Это необходимо для уменьшения погрешности измерения и для того, чтобы не было изменения режима работы цепи. В самом деле, чем больше сопротивление вольтметра, тем меньший ток проходит через него и тем меньше расхо­дуется в нем энергия, а следовательно, тем меньшее влияние оказывает включение прибора на режим работы цепи.

Для расширения пределов измерений вольтметров в цепях постоян­ного тока с напряжением до 1000—4500 В служат добавочные резисторы, включаемые последовательно с прибором (рис. 10.2). В цепях переменного то-

ка напряжением свыше 1000 В для расширения пределов измерений используют измерительные трансформаторы напряжения.

При включении последовательно с вольтметром добавочного ре­зистора сопротивление последнего определяют из следующих сообра­жений: допустим, вольтметром с сопротивлением r_V, рассчитанным на номинальное напряжение U_ном, необходимо измерить напряжение U_xmax, которое в n раз больше U_ном. В этом случае необходимо соблю­дать условие, при котором ток, проходящий через вольтметр, был бы одинаковым при обоих напряжениях, т. е.

откуда (10.3)

и фактически измеряемое напряжение

(10.4)

где U_V — показание вольтметра.

Шкалу вольтметров в большинстве случаев градуируют с учетом добавочного сопротивления r_д. При этом вольтметр может быть выпол­нен на несколько пределов измерения, для чего он снабжается несколь­кими добавочными сопротивлениями и соответствующим переключате­лем шкалы на лицевой стороне прибора.

Для измерения напряжения в цепях постоянного тока применяют магнитоэлектрические вольтметры, а в цепях переменного тока — электромагнитные и электродинамические вольтметры. При измерении малых переменных напряжений используют выпрямительные и электрон­ные милливольтметры, причем при повышенных частотах преимущест­венно электронные.