Измерение токов и напряжений
Приборы, служащие для измерения тока (амперметры) и напряжения (вольтметры), устроены по существу совершенно одинаково и отличаются друг от друга способом включения в сеть, а также относительной величиной своего сопротивления.
Амперметр должен всегда включаться последовательно с потребителем, чтобы по нему проходил ток потребителя, подлежащий измерению.
Сопротивление амперметра должно быть на-столько малым, чтобы в нем не происходила сколь-ко-нибудь заметная потеря напряжения. В тех слу-чаях, когда затруднительно или нецелесообразно пропускать через амперметр весь измеряемый ток, для расширения предела измерения амперметра применяют дополнительную проводимость – шунт. Его включают последовательно с потребителем, в
котором хотят измерить ток, а амперметр подключают параллельно шунту (рис. 4.23). Пусть требуется измерить ток I , который в n раз больше допустимого тока прибо-
ра Ia, т. е. I = Ian, при этом I = Ia+ Iш(рис. 4.23). Распределение токов между шунтом
и амперметром обратно пропорционально их сопротивлениям:
Ia Rш
Iш R
Отсюда
R = Ia a = Ia a . ш a
Так как I = Ian, то
Ia a a ш Ia(n−1) n−1
т. е.
R=n−1, где n – шунтирующий множитель çn=Ia÷.
Шунты изготовливаются по ГОСТ, при этом калибро-ванные шунты – на напряжения 45, 75, 100 150 мВ.
Рис.4.24 Конструкции некоторых шунтов показаны на рис. 4.24. Шунтами снабжаются амперметры магнитоэлектрической системы. Для электромагнит-ных, электродинамических и индукционных амперметров применение шунтов нецелесо-образно: точность измерения весьма низка из-за температурных и частотных влияний.
Для переносных приборов вышеуказанных систем применяется секционирование катушек, т. е. катушки подразделяются на несколько секций, которые в зависимости от требуемого предела и измерения могут быть соединены параллельно, последовательно или смешанно.
При измерении переменного тока для расширения пределов измерения амперметры включают через измерительные трансформаторы.
Вольтметр – это, в сущности, амперметр с большим внутренним сопротивлением, шкала которого проградуирована в вольтах, так как при постоянном сопротивлении вольтметра теряемое в нем напряжение пропорционально силе тока, проходящего через вольтметр: Uв= IвR .
Умножая силу тока, протекающего через вольтметр, на сопротивление вольтметра, получим напряжение на его зажимах, которое и откладывают на шкале прибора. Таким образом, вольтметр показывает напряжение, теряемое в нем самом. Следовательно, для измерения напряжения на каком-либо участке вольтметр необходимо включать парал-лельно данному участку, так как при параллельном соединении напряжения на всех уча-стках одинаковы.
Чтобы включение вольтметра не оказывало заметного влияния на сопротивление участка цепи между точками, когда к ним присоединяется вольтметр, а также для уменьшения расхода энергии в вольтметре сопротивление его должно быть по возмож-ности большим, а в идеальном случае – равным бесконечности.
Для расширения предела измерения вольтметра включают последовательно с ним добавочное сопротивление. В этом случае измеряемое напряжение распределяется между вольтметром и добавочным сопротивлением. Пусть требуется измерить напря-жение в m раз больше того, на которое рассчитан вольтметр: U =Uвm. Из рис. 4.25 видно, что U Uв+Ug. Поскольку
Рис.4.25 Uв= IвR и Ug= IвRg, то U IвR + IвRg. Так как U =Uвm, то IвR m = IвR + IвRg, откуда Rg R (m−1) . Последняя формула
позволяет рассчитать требуемое добавочное сопротивление. Его необходимо включить последовательно с вольтметром для измерения напряжения, которое в m раз больше то-го, на которое рассчитан вольтметр. Калиброванные добавочные сопротивления изго-товливаются на токи 0,5; 1,0; 3,0; 5,0; 7,5; 15; 30 и 60 мА.
