8.3. Вимірювання струму і напруги

Як було відзначено в розділі 7.4.1, для вимірювання струму в будь-якому елементі кола (рис. 8.1,а) послідовно з ним вмикають амперметр (рис. 8.1,б).

При вимірюванні малих постійних струмів (менше 10- А) використовують прямі й непрямі методи вимірювання. У першому випадку струм вимірюють стрі­лочними магнітоелектричними приладами, для збільшення чутливості яких пере­важно застосовують підсилювачі постійного струму.

Більш точним є непряме вимірювання струму, при якому у вимірювальне коло вмикають зразковий резистор з опором R0 і на ньому вимірюють падіння напруги компенсаційним методом. На рис. 8.2 показана принципова схема ви­мірювання невідомої напруги Ux за компенсаційним методом. У верхньому ко­нтурі під дією ЕРС допоміжного джерела живлення Едоп створюється робочий струм Ір. Його значення регулюють резистором і?рег і вимірюють амперметром рА. У нижньому контурі вимірювана невідома напруга Ux зрівноважується па­дінням напруги на резисторі R'K, що компенсує, шляхом зміни положення движ­ка б. При компенсації, коли Ux = R'IP, струм у нульовому індикаторі НІ стає рі­вним нулю, що відповідає нескінченно великому вхідному опору вимірюваль­ного пристрою.

Компенсаційне вимірювальне коло не відбирає енергію від об'єкта вимі­рювання. Знаючи R'K і Ір, можна визначити Ux.

Пристрої, що реалізують компенсаційний метод вимірювання називають потенціометрами. В останніх робочий струм встановлюється не за показаннями амперметра, а компенсаційним методом з використанням нормального елемента, ЕРС Ене якого відома з високим ступенем точності (рис. 8.3). Регулюванням опору резистора домагаються відсутності струму в нульовому індикаторі НІ (поло­ження перемикача 1). У цьому випадку справедлива рівність

RN"Ip= £не, (8.7)

де RN - опір зразкового резистора.

Подпись: pA

Подпись:  E

Оскільки ЕРС нормального елемента й опір RN відомі з високою точніс­тю, значення струму -Ip = Eне/RN також відоме з високою точністю.

При положенні 2 перемикача вимірювана напруга зрівнюється з ком­пенсуючою напругою UK, яка створюється струмом Ip у компенсуючому резис­торі R'k . За відсутності струму в НІ напруга U)c урівноважена напругою UK, тобто

З (8.8) видно, що точність вимірю­вання при такому методі вимірювань ви­значається точністю величини Uk, точністю його порівняння з U, тобто чутливістю НІ, незмінністю робочого струму !р - стабіль­ністю Едоп. У свою чергу, точність Uk за­лежить від точності виготовлення резисторів Rk. Останні в сучасних потенціометрах вико­нують у вигляді високостабільних бага-тодекад

них магазинів опору. Промисловість випус­кає потенціометри, які мають класи точнос­ті: 0,0005; 0,001; 0,002; 0,005; 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5. Максималь-

на напруга, вимірювана потенціометром безпосередньо, становить 2,12111 В.

3 2

Постійні струми порядку 10 - 10 А вимірюють також прямими й непрями­ми методами. При прямих вимірюваннях використовують міліамперметри й ам­перметри магнітоелектричної, електромагнітної й електродинамічної систем, а та­кож електронні аналогові й цифрові прилади. При непрямих вимірюваннях струм

визначають за вимірюваним спаданням напруги на зразковому резисторі за допомо­гою потенціометрів постійного струму і цифрових вольтметрів.

Вимірювання великих постійних струмів (понад 100 А) зазвичай здійс­нюють амперметрами магнітоелектричної системи з використанням шунтів (рис. 7.2).

При вимірюванні змінних струмів слід пам'ятати, яке значення струму вимірюється конкретним приладом: діюче, амплітудне або середнє. Це викли­кано тим, що всі прилади, як правило, градуюють у діючих значеннях синусої­дального струму, а рухомі частини вимірювальних механізмів різних систем реагують на значення величин, відмінні від діючих.

Змінні струми до 100 мкА вимірюють цифровими мікроамперметрами, струми понад 100 мкА - випрямними мікроамперметрами. Для вимірювання змінних струмів у діапазоні 10 мА - 100 А використовують електромагнітні, еле­ктродинамічні й випрямні прилади, які працюють у частотному діапазоні до де­сятків кілогерц, і термоелектричні прилади в діапазоні частот до сотень мега­герц. Вимірювання великих змінних струмів здійснюють тими ж приладами, але з використанням вимірювальних трансформаторів струму (рис. 7.14).

Змінні струми вимірюють і непрямим шляхом. У цьому випадку зразковий резистор вмикають послідовно у вимірювальне коло, а падіння напруги на ньому вимірюють за допомогою вольтметрів. Точність вимірювання при цьому зростає, але щодо точності вимірювання на постійному струмі вона нижче.

При прямому й непрямому вимірюваннях струму включення у вимірюва­не коло вимірювальника з внутрішнім опором RА змінює режим роботи дослі­джуваного кола. На рис. 8.1 показані схеми кола до і після включення амперме­тра. Струм I після включення вимірювальника стає рівним IA. Відносне вимі­рювання струму в цьому випадку характеризують похибкою методу вимірю­вання або методичною похибкою вимірювання струму :

1 1 + RBX .А 1RA '   ^ )

тобто увімкнення амперметра зменшує вимірюваний струм на значення, що залежить від відношення Rbxa IRa .

Як було відзначено в розділі 7.4.2, для вимірювання ЕРС і напруги U на якій-небудь ділянці електричного кола (рис. 8.4,а) вимірювальник напруги вми­кають паралельно цій ділянці (рис. 4.6, б).

7 8

При вимірюванні малих постійних напруг (порядку 10- - 10- В) викорис­товують магнітоелектричні гальванометри. Більш точні результати при вимі­рюванні напруг у діапазоні 1 - 1000 мкВ одержують за допомогою потенціоме­трів постійного струму й цифрових мікровольтметрів.

Значення постійних напруг від десятків мілівольт до сотень вольт вимі­рюють приладами магнітоелектричної, електродинамічної, електромагнітної систем, електронними аналоговими й цифровими вольтметрами, потенціомет­

рами постійного струму з використанням додаткових резисторів і подільників напруги. Для вимірювання постійних напруг до кількох кіловольт застосовують головним чином електростатичні вольтметри, а також прилади інших систем з подільниками напруги.

Малі змінні напруги (до одиниць вольт) вимірюють за допомогою прила­дів випрямної системи, аналоговими електронними вольтметрами. Більш висо­ку точність одержують при вимірюванні напруг потенціометрами змінного струму, цифровими вольтметрами.

Для вимірювання змінних напруг від одиниць до сотень вольт у діапазоні частот до десятків кілогерц використовують прилади електромагнітної, елект­родинамічної і випрямної систем, потенціометри змінного струму. У діапазоні частот до десятків мегагерц напругу вимірюють приладами електростатичної і термоелектричної систем, цифровими вольтметрами.

Для вимірювання великих змінних напруг використовують такі самі при­лади, але із застосуванням вимірювальних трансформаторів напруги (рис. 7.14). Вимірювальні трансформатори крім перетворення змінної напруги ізолюють вторинне коло від первинного, яке перебуває під високою напругою.

При увімкненні вимірювальника напруги до ділянки електричного кола з опором R (рис. 8.4) змінюється режим її роботи. Напруга на цій ділянці стає рі­вною UV. Відносну зміну напруги характеризують похибкою методу вимірю­вання або методичною похибкою вимірювання напруги:

тобто включення вольтметра зменшує вимірювану напругу на значення, що за­лежить від відношення ЯуІЯюсу. Відзначимо, що вимірювання напруги потен­ціометром не має методичної похибки вимірювання напруги.

У наш час поширені автоматичні потенціометри, які використовують компенсаційний метод вимірювання і широко застосовуються для вимірювання неелектричних величин, попередньо перетворених на напругу.


Авторы: 239 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 268 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я