Национальный горный университет — соответствие Времени
Назад к §29 Электротехника и электроника Далее к §31



§ 30. ИЗМЕРЕНИЕ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ

Приборы для измерения тока и напряжения, амперметры и вольтметры, имея одинаковые по устройству измерительные механизмы, отличаются параметрами измерительных схем и различным образом включаются в испытуемую цепь.

►   Амперметр включают в цепь последовательно с приемником энергии R (рис. 138).

Прибор должен иметь малое сопротивление RА, чтобы не было влияния на ток цепи и мощность потерь в приборе РА = Iа2Rа была минимальна.

►   Вольтметр включают параллельно приемнику энергии R1 (рис. 139).

 

Рис. 138. Схема включения амперметра

 

Рис. 139. Схема включения вольтметра

 

Рис. 140. Схемы шунтирования измерительного механизма однопредельным (а) и многопредельным (б) шунтами

По закону Ома ток вольтметра IV=UV/RV, поэтому угол поворота подвижной части прибора определяется значением напряжения UV. Сопротивление вольтметра RV должно быть большим, чтобы его включение не изменило режима работы цепи и потери в приборе RV=UV2/RV были минимальны.

Изменение пределов измерения амперметра. Малые постоянные токи измеряют приборами магнитоэлектрической системы (гальванометрами, микроамперметрами, миллиамперметрами). Для увеличения номинального тока прибора параллельно его измерительному механизму И подключают небольшое сопротивление — шунт Rш (рис. 140, а, б). Измеряемый ток I при этом разветвляется на ток, проходящий через шунт Iш и через измерительный механизм Iи. При этом очевидно, что

►   Итак, для расширения пределов измерения прибора в р раз надо выбрать сопротивление шунта так, чтобы

Если прибор предназначен для постоянной работы с шунтом, то шкалу его градуируют сразу в значениях измеряемого тока с учетом шунтирования. Переносные приборы часто снабжаются многопредельными шунтами (рис. 140, б), значения сопротивлений R1, R2, R3 которых изменяются переключением или переносом провода с одного зажима прибора на другой.

Изменение пределов измерения вольтметра. В вольтметрах магнитоэлектрической системы последовательно с измерительным механизмом включают добавочный резистор из манганина с большим сопротивлением Rд (рис. 141, а, б). Это расширяет пределы измерения напряжения и исключает влияние температуры на сопротивление прибора RV. Чтобы расширить пределы измерения прибора в р раз, необходимо включить добавочное сопротивление

Технические вольтметры имеют однопредельные добавочные резисторы (рис. 141, а), а образцовые и лабораторные— многопредельные (рис. 141, б). При последовательном включении в цепь многопредельного вольтметра добавочных сопротивлений Rд1, Rд2, Rд3 возрастает соответственно и верхний предел измерения напряжений U1, U2, U3.

Трансформаторы напряжения и тока. В сетях переменного тока высокого напряжения в целях безопасности, а также для расширения пределов измерения измерительные приборы включают через измерительные трансформаторы тока и напряжения.

Трансформатор напряжения по устройству не отличается от силовых трансформаторов малой мощности. Его первичную обмотку высшего напряжения  включают на измеряемое напряжение U1, а вторичную обмотку низшего напряжения  подключают к вольтметру V и обмоткам напряжения других приборов (рис. 142, а).

Вторичное напряжение связано с первичным коэффициентом трансформации: U1= kUU2, и, измеряя напряжение U2, можно определить первичное высокое напряжение U1.

►   Номинальное вторичное напряжение всех трансформаторов напряжения стандартное — 100 В. Один зажим х вторичной обмотки и кожух заземляют в целях безопасности.

Рис. 141. Схемы расширения пределов измерительного механизма вольтметра включением однопредельного (а) и многопредельного (б) добавочного сопротивления

 

Рис. 142. Включение измерительных трансформаторов напряжения (а) и тока (б)

Трансформаторы тока служат для преобразования токов больших значений (до десятков тысяч ампер) в токи малых значений (до 5 А).

Первичную обмотку  трансформатора (рис. 142, б) включают в линию последовательно, а вторичную  замыкают на амперметр и токовые цепи других приборов, включаемые последовательно (например, W). Независимой величиной в этом случае является первичный ток I1, который обычно во много раз больше вторичного тока I2. Число витков первичной обмотки  невелико (для больших токов эту обмотку вообще выполняют в виде провода, продетого в окно стального сердечника). Так как токи первичной и вторичной обмоток связаны зависимостью I1=I2 =kII2, то, измерив I2, можно найти I1.

Точность измерений тем выше, чем меньше сопротивление нагрузки трансформатора тока.

►   Вторичную цепь работающего трансформатора тока размыкать нельзя, так как в этом случае намагничивающее действие тока I1 не будет скомпенсировано размагничивающим действием тока I2, что вызовет чрезмерное возрастание эдс Е2 и потерь в стали. Перед отключением нагрузки вторичную обмотку трансформатора замыкают накоротко.

Номинальный вторичный ток всех трансформаторов тока одинаков — 5 А. Один зажим вторичной обмотки и стальной кожух заземляют в целях безопасности.

Пределы измерений вольтметров электростатической системы расширяют, применяя добавочные конденсаторы (рис. 143, а) или конденсаторные делители напряжения (рис. 143, б).

Такими вольтметрами измеряют напряжения до 300 кВ. Они работают на частоте до 10 МГц и бывают классов точности 0,5; 1,0 и 1,5.

►   Электронные вольтметры представляют собой сочетание электронного преобразователя с измерительным прибором магнитоэлектрической системы.

В вольтметре постоянного напряжения входной сигнал через делитель напряжения, с помощью которого устанавливают пределы измерения, поступает на вход усилителя постоянного напряжения. Усиленный сигнал приводит в действие магнитоэлектрический измерительный механизм.

Рис. 143. Схемы для расширения пределов измерений вольтметров электростатической системы с помощью добавочного конденсатора (а) и конденсаторного делителя напряжения (б)

Вольтметры переменного напряжения состоят из входного устройства, усилителя переменного тока, преобразователя (выпрямителя со сглаживающим фильтром) и стрелочного индикатора.

Электронные вольтметры обладают высокой чувствительностью (микровольты), высоким входным сопротивлением, широким диапазоном частот (от десятков герц до десятков мегагерц).

В цифровых вольтметрах измеряемое напряжение отображается в цифровой форме. В общем случае такой вольтметр состоит из входного устройства, аналого-цифрового преобразователя и цифрового отсчетного устройства.

Цифровые вольтметры имеют малые погрешности измерения (0,1—0,01 %) в широком диапазоне измеряемых напряжений (1 мкВ—1000 В), высокое быстродействие. Выдаваемая информация об измерениях (в цифровом виде) может быть введена в ЭВМ и информационноизмерительные системы.

Недостатками являются сложность приборов, их высокая стоимость и недостаточная надежность.




Назад к §29 Электротехника и электроника Далее к §31


© 2006-2017 НГУ Інформація про сайт