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.

Рис. 4.23
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


 

a
R R
ш
I
I I
R = Ia a = Ia a . ш a

 


           
   
     
,
 
R


 


Так как I = Ian, то


Ia a a ш Ia(n−1) n−1


 

т. е.


 

æ ö
I
R
a
ç ÷
ш
è ø
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.

в
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

 

в
в
в в в
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.