Измерение тока и напряжения

Для измерения тока в какой-либо цепи последовательно в цепь включают амперметр. В установках постоянного тока для этой цели применяются главным образом приборы магнитоэлектрической системы и реже — приборы электромагнитной системы. В установках переменного тока используются преимущественно амперметры электромагнитной системы. Для уменьшения погрешности измерения необходимо, чтобы сопротивление амперметра (или полное сопротивление амперметра и шунта) было на два порядка меньше сопротивления любого элемента измеряемой цепи.

Для расширения предела измерения амперметра (в k раз) в цепях постоянного тока служат шунты-резисторы, включаемые параллельно амперметру (рис. 7.10, а).

Рис. 7.10. Схемы присоединения шунта к амперметру (а) и добавочного резистора к вольтметру (б)

Сопротивление шунта определяется из соотношения

r _ш(I _max - I _а.н) = r _а I _а,н,

где I _max — наибольшее значение тока в контролируемой цепи (предел измерения тока амперметром при наличии шунта); I _а,н — предельное (номинальное) значение тока прибора при отсутствии шунта.

Отсюда r ш = r а	I а,н	.
I max - I а,н

Значение тока I в контролируемой цепи при существующей нагрузке определяется из соотношения

I	=	I max	=	r а + rш	= k,
I а	I а,н	r ш

где I _а— показание амперметра.

Шкалу амперметра часто градуируют с учетом включенного шунта; тогда значение измеряемого тока I отсчитывается непосредственно по шкале прибора.

В цепях переменного тока для расширения пределов изме­рения амперметров используют трансформаторы тока (см. гл. 8)*.

* Индуктивность катушки амперметра при переменном тоже зависит от значения тока; соотношение токов в катушке амперметра и шунте здесь не остается постоянным. Поэтому шунты в цепях переменного тока не применяются.

7.4.4.Измерение напряжения. Для измерения значения напряжения на каком-либо элементе электрической цепи (генераторе, трансформаторе, нагрузке) к выводам элемента присоединяют вольтметр. Для уменьшения погрешности измерения необходимо, чтобы сопротивление вольтметра (или общее сопротивление вольтметра и добавочного резистора) было на два порядка больше сопротивления любого элемента измеряемой цепи.

Рис. 7.11. Схема компенсатора

Для расширения предела измерения вольтметра (в k раз) в цепях напряжением до 500 В обычно применяют добавочные резисторы, включаемые последовательно с обмоткой вольтметра (рис. 7,10, б).

Сопротивление добавочного резистора, r _д определяют из соотношения

r д + rв	=	U max	.
r в	U в,н

где U _max — наибольшее значение измеряемого напряжения (предел измерения напряжения вольтметром при наличии добавочного резистора); U _в,н — предельное (номинальное) значение напряжения прибора при отсутствии добавочного резистора.

Отсюда

r д = r в	U max - U в,н	.
U в,н

Значение фактически измеряемого напряжения U определяется из соотношения

U	=	U max	=	r д + rв	= k, U = kU в,
U в	U в,н	r в

где U _в— показание вольтметра.

Шкалу вольтметра градуируют с учетом включенного добавочного резистора.
В цепях переменного тока высокого напряжения для расширения пределов измерения вольтметров применяют трансформаторы напряжения (см. гл. 8).

7.4.5. Компенсационный метод измерения. Для измерения малых значений (от долей до нескольких вольт) ЭДС и напряжений с высокой точностью используется компенсационный метод измерений, основанный на сравнении неизвестной ЭДС Е _х или напряжения с известными. Приборы, использующие этот метод измерения, называются компенсаторами. Принципиальная схема компенсатора постоянного тока изображена на рис. 7.11. Компенсатор состоит из двух магазинов резисторов (набор образцовых резисторов со штыревыми контактами) r _N и r_х источника с ЭДС Е и нормального элемента с ЭДС E _N, регулировочного резистора r _р.

Измерение производится следующим способом. Переключатель П устанавливают в положение 1, затем с помощью резисторов r _р и r _N устанавливают такие значения I _р и r _N, при которых показания гальванометра равны нулю, а это будет, когда

(7.6)

I _р r _N = E _N.

Далее переключатель П устанавливают в положение 2, изменением сопротивления r _х снова добиваются, чтобы гальванометр показывал нуль. Это, очевидно, будет при условии, когда

(7.7)

I _р r _х = E _х.

Из отношений (7.6) и (7.7) определяется значение неизвестной ЭДС Е _х:

r N	=	E N	, откуда Е х = E N	r x	.
r x	E x	r N

Как вытекает из изложенного, сравнивается неизвестное значение напряжения U = I _р r _х = Е _х с известным I _p r _N = E _N, причем ток I _р измеряется косвенным путем:

I _р = E _N /r_N.

Точность измерений зависит в большой степени от чувствительности гальванометра, точности резисторов и стабильности ЭДС нормального элемента.

Существуют компенсаторы переменного тока. Поскольку не существует источника переменного тока с неизменной амплиту­дой подобно нормальному элементу постоянного тока, рабочий ток в компенсаторах переменного тока устанавливается с помощью амперметра, что существенно снижает точность измерений. Компенсаторы переменного тока позволяют измерять не только значение измеряемой величины, но и его фазу.

Компенсационный метод измерений используется для проверки приборов высокого класса, а также для измерения тока и сопротивлений резисторов.

Дата добавления: 2015-05-06