Вимірювання напруги і струму в ланцюгах змінного струму

Вимірювання малих струмів

Непрямі вимірювання струму

окрім прямого вимірювання струмів за допомогою амперметрів можливими є також непрямі вимірювання струму з використанням еталонних резисторів, які вмикають в розрив ланцюга, і високочутливих вимірювачів напруги. При цьому вимірюваний струм визначається за законом Ома: І_х = U₀ /R₀, де U₀ - виміряне вольтметром падіння напруги на еталонному резисторі R₀.

гранична чутливість будь-якого вимірювача струму визначається струмом теплових шумів, який є тим менший, чим більшим є внутрішній опір вимірювача. Для зменшення цього струму до рівня 10^-17 - 10^-16 А в смузі частот від 0 Гц до0, 01 - 0,1 Гц слід використовувати прилади з внутрішнім опором не меншим, ніж 10¹¹ - 10¹² Ом. В цьому сенсі магнітоелектричні гальванометри, гальванометричні компенсатори, підсилювачі на біполярних транзисторах відносять до порівняно низькоомних вимірювальних пристроїв і вони, відповідно, є непридатними для вимірювання струмів менших, ніж 10^-10 - 10^-9 А.

Для вимірювання малих постійних та таких, що змінюються повільно, струмів використовують пасивні перетворювачі струму в напругу разом з чутливим вимірювачем напруги, що має дуже великий вхідний опір (до 10¹⁴ - 10¹⁶ Ом) і малий рівень шумів. Максимально мають бути зменшеними також паразитні струми у вхідних колах таких перетворювачів.

6.3 а) за допомогою електромеханічних вимірювальних приладів електромагнітної та електродинамічної систем

в ланцюгах змінного струму промислової частоти в якості вимірювачів струму і напруги найчастіше використовують електромеханічні вимірювальні прилади електромагнітної та електродинамічної систем. Очевидно, що ці прилади є приладами інтегральної дії і результатом їх вимірювання є середньоквадратичне значення струму або напруги. Електромагнітні прилади використовують, як правило, в якості щитових приладів класів точності 1,0 і 1,5 та багатодіапазонних лабораторних приладів класів точності 0,5 і 1,0. використовувати прилади електромагнітної системи для вимірювання струму в ланцюгах високих частот неприпустимо із-за великих додаткових частотних похибок, що виникають в цих приладах.

Якщо в приладі електродинамічної системи нерухому та рухому котушки з’єднати послідовно, то по обох котушках буде протікати один і той же струм І = І₁ =І₂. тоді, згідно з виразом (4.19):

, (6.3.1)

де γ - коефіцієнт пропорційності.

Таким чином, відхилення рухомої частини приладу є пропорційним квадратові струму (напруги). Очевидно, зміна напряму струму (полярності напруги) не призведе до зміни показів приладу. Такі прилади можуть мати одну (спільну) шкалу і для постійних, і для змінних струмів (наприклад, для амперметрів, розрахованих на вимірювання малих струмів - до 100 мА). При вимірюванні струмів більших, ніж 0,1 А (до 10 А) котушки в електродинамічних приладах з’єднують паралельно. Зміна меж вимірювання електромагнітних та електродинамічних приладів реалізується секціонуванням їх нерухомих котушок, а для електродинамічних приладів також комбінуванням послідовно-паралельного з’єднання секцій нерухомих котушок з рухомою котушкою.

В електродинамічних вольтметрах рухома і нерухома котушки з’єднуються послідовно з додатковими резисторами і по них проходить один і той же струм.

Межі вимірювань електромагнітних та електродинамічних амперметрів і вольтметрів можуть бути розширеними також за допомогою спеціальних вимірювальних трансформаторів струмів і напруг.

6.3 б) за допомогою електромеханічних вимірювальних приладів магнітоелектричної системи

Електромеханічні вимірювальні прилади магнітоелектричної (МЕ) системи вигідно відрізняються від електромеханічних вимірювальних приладів інших систем в першу чергу завдяки своїй високій чутливості. Ця перевага МЕ голівок є особливо цінною для вольтметрів, виконаних на їх основі. Такі вольтметри будуть мати високий власний опір завдяки великим значенням додаткових опорів, ввімкнених послідовно з обмоткою рухомої котушки. Ще однією вагомою перевагою приладів МЕ системи є їх лінійна шкала. Іще однією з причин, яка спонукає пристосовувати приладів МЕ системи для вимірювання змінних напруг і струмів, є та, що сáме на основі МЕ вимірювальних голівок виконуються комбіновані багатофункціональні вимірювачі (їх ще називають “авометрами” - А мпер- В ольт- О м- Метри - або “тестерами”), які здатні вимірювати в широких межах постійні та змінні струми і напруги, а якщо надати їм джерело живлення, то також і параметри пасивних та активних елементів схем.

При цьому слід мати на увазі притаманну МЕ вимірювальним приладам специфічну властивість - напрям відхилення покажчика МЕ приладу залежить від напряму струму, що протікає через нього. Це означає, що самі по собі прилади МЕ системи здатні вимірювати лише постійні струми або напруги, а при пропусканні через них знакозмінних або пульсуючих струмів вони будуть показувати лише їх середні значення, а отже, самі по собі МЕ прилади не придатні для вимірювання змінних струмів та напруг.

Очевидно, щоб надати їм такої можливості, необхідно облаштувати їх одно- (рис.6.3, а) або двопівперіодними (рис.6.3, б) випрямлячами. Покази таких приладів будуть відповідати середньовипрямленим значенням струму або напруги.

При цьому їх частотний діапазон визначається, в основному, власною ємністю випрямляючих діодів. Якщо застосувати сучасні точкові напівпровідникові діоди, то верхня межа частотного діапазону такого вимірювача може сягати кількох гігагерц.

Одначе, «неідеальність» вольтамперних характеристик реальних діодів обумовлює і певні недоліки, притаманні вимірю-

вачам змінних струмів та напруг на основі МЕ голівок. Це, по-перше, нелінійність шкали, стиснутої на початку (в області малих напруг, до 0,4 В), а по-друге - невисока точність виконуваних за їх допомогою вимірювань (їх класи точності: 1,5; 2,5 і 4,0).

Як ще один притаманний їм недолік, можна назвати залежність їх показів від форми кривої досліджуваного сигналу. Якщо вимірюваний струм або напруга не є синусоїдальними, то до показів приладу необхідно вводити поправки.

Дата добавления: 2014-01-07