Методы и средства измерений постоянных токов и напряжений

А)Измерение малых токов и напряжений.

1. Прямые методы [гальванометры(10мкА-11А) и стрелочные магнитоэлектрические приборы(10-6А)].

Для повышения чувствительности включают в схему УПТ, а на выход прибор с помощью усилителя измеряют токи до 10-10А.

2. Косвенные методы (баллистические гальванометры (min 10-12А), электрометры (min 10-17А) через поперечное сечение проводника проходит 62 электрона в секунду) по падению напряжения на высокоомном резисторе Rвх=1015 Ом или по заряду, накопленному конденсатором.

Б) Измерение средних токов и напряжений.

10мА – 50-100 А

10мВ – 600ВТОк измеряется прямыми и косвенными методами (МЭ, ЭМ, ЭД и ФД)

Напряжение измеряют только прямым методом (электростатические приборы и потенциометры постоянного тока(падение и не образование резонанса)). γ определяет только γ образцовую, малое потребление мощности.

В) Большие значения токов и напряжения.

Использование шунтов, включенных параллельно.

Измерение токов в цепях ВН производится трансформаторами постоянного тока. Постоянное напряжение до 6 кВ →МЭВ с добавочными резисторами. Электростатические вольтметры до 300 кВ.

Действующее (среднеквадратичное) Д

Амплитудное (максимальное) Um

Средневыпрямленное Uср

- коэффициент формы кривой

- коэффициент амплитуды

Если синусоида, то kф=1,11, kа=1,41, Uдейств=110В, Um=155В, UСР=99В.

Если прямоугольник, то kф=kа=1.

Амперметр включается в электрическую цепь последовательно (в разрыв цепи), как показано на рис. .

Рис. Эквивалентная схема
измерения тока амперметром:

Е – источник ЭДС; R^* – эквивалентное сопротивление цепи, включая внутреннее сопротивление источника ЭДС; A – измерительный механизм («идеальный» амперметр с нулевым входным сопротивлением); R_а – входное (внутреннее)
сопротивление амперметра

Ток в цепи до включения амперметра был равен , а при включении амперметра равен . Поэтому только при R^* >> R_A амперметр не вносит заметных искажений (I¢ = I).

Измерение напряжения при помощи вольтметра

Как видно из описания принципа действия приборов, их измерительные механизмы реагируют либо на ток (в приборах магнитоэлектрической системы угол отклонения стрелки , в приборах электромагнитной системы ), либо на напряжение (в вольтметрах электростатической системы , в цифровых приборах показание пропорционально току, протекающему через входное сопротивление).

Системы, реагирующие на ток, могут использоваться и в качестве вольтметра. Для этого к измерительному механизму (обычно это микроамперметр с током полного отклонения 50–100 мкА) подключается последовательно большое добавочное сопротивление. Тогда ток, идущий через прибор пропорционален напряжению, в единицах которого и градуируется шкала.

Рассмотрим, что происходит при подключении реального вольтметра к электрической цепи (рис. ). До включения вольтметра падение напряжения на R равно:

.

а б

Рис. . Эквивалентная схема подключения
реального вольтметра к измерительной цепи:

Е – источник ЭДС; R* – эквивалентное сопротивление цепи, включая внутреннее сопротивление источника ЭДС; R – сопротивление участка цепи, на котором измеряется падение напряжения; R_v – внутреннее сопротивление вольтметра: а – реагирующего на ток,
б – реагирующего на напряжение

После включения вольтметра его внутреннее сопротивление R_v шунтирует R, и показания вольтметра оказываются отличными от U_АВ:

.

Напряжения U¢_АВ и U_АВ близки (U¢_АВ = U_АВ) только в том случае, если R_v >> R. Следовательно, сопротивление вольтметра должно быть много больше сопротивления того участка цепи, к которому он подключен (заметим, что последнее условие достаточное, но не необходимое).

21. Изменение пределов измерений
электроизмерительных приборов

Некоторые измерительные приборы являются многопредельными и у соответствующего положения переключателя или клеммы указывается значение тока или напряжения при отклонении на всю шкалу.

В амперметрахизменение пределов достигается включением различных шунтов R_н (рис. ), где R_A, R_H – сопротивления измерительной системы и шунта). При этом ток, идущий через прибор, меньше тока I в цепи: .

Рис. - Схема измерения тока
многопредельным амперметром

В вольтметрах, реагирующих на ток,изменение пределов измерений достигается включением добавочного сопротивления R_D (рис. ), которое уменьшает ток через измерительную систему.

Рис. - Схема многопредельного вольтметра
с измерительным механизмом, реагирующим на ток

Тогда напряжение на регистрирующем приборе будет равно только части измеряемого напряжения, что позволяет расширить диапазон, при этом шкалу прибора нужно проградуировать в новых значениях. Связь между старым U_v и новым значением U_АВ дает соотношение:

.

Для вольтметров электростатической системырасширение пределов измерения достигается механическим изменением расстояния между подвижными и неподвижными электродами.
В высоковольтных приборах достигается расширение пределов на 5–50 кВ. На постоянном (и низкочастотном) токе, в низковольтных приборах можно использовать выносной делитель напряжения.