Измерение постоянных токов и напряжений

Тема 5. Измерение токов и напряжений

 

Лекция 9. Единство и различие амперметров и вольтметров

Всякий измерительный прибор при его использовании не должен изменятьпараметры и режим работы объекта измерения. Это основное требование, предъявляемое к любому измерительному прибору, поэтому амперметр должен обладать, возможно, меньшим сопротивлением, так как ток в цепи до включения амперметра (рис. 5.1 а)

I_x = ,

а после его включения

= ,

где U — напряжение цепи; R — сопротивление цепи; R _A — сопротивление амперметра.

Лишь при R _A << R имеем I_x = .

Вольтметр, наоборот, должен обладать, возможно, большим сопротивлением. Действительно, положим, что необходимо измерить падение напряжения на сопротивлении R с помощью вольтметра сопротивлением R _V (рис. 5,1 б). До включения вольтметра падение напряжения на R было

U_x + IR = ,

где I — ток в цепи; U — напряжение источника тока; R ₀ — сопротивление всей цепи без сопротивления R. После включения вольтметра получаем

= U .

Если R _V >> R, то = U_x.

Вместе с тем измерительный механизм может быть использован в качестве амперметра и вольтметра. Отклонение подвижной части измерительного механизма является непосредственной функцией тока, протекающего через измерительный механизм:

α = f (I_V).

При включении измерительного механизма в качестве вольтметра ток

I_V = ,

где U_x — измеряемое напряжение; R_V — сопротивление цепи измерительного механизма. Если R_V = const, то

α = f = f ₁ (U_x).

Таким образом, принципиального или конструктивного различия между амперметром и вольтметром нет. Их различия состоят лишь в требованиях, предъявляемых к их сопротивлению, что вызывает различия в параметрах измерительного механизма и структуре измерительной цепи прибора.

 

Измерение постоянных токов и напряжений

В большинстве случаев измерение постоянных токов и напряжений осуществляется с помощью магнитоэлектрических приборов. Магнитоэлектрические амперметры являются сочетанием милливольтметра с шунтом, а вольтметры — миллиамперметра с добавочным сопротивлением.

Магнитоэлектрические приборы принадлежат к наиболее точным приборам непосредственной оценки. Они выпускаются в качестве лабораторных приборов классов 0,1; 0,2 и 0,5, а также как щитовые приборы классов 1,0 и 1,5.

Магнитоэлектрические лабораторные приборы, как правило, выпускаются универсальными и многопредельными. Схема измерительной цепи комбинированного вольтметра / амперметра приведена на (рис. 5.2). При включении прибора на зажимы «+» и «I» он работает в качестве амперметра с внутренними шунтами на 0,15; 0,3; 1,5 и 3 А. При включении на зажимы «+» и «U» прибор является вольтметром с добавочными сопротивлениями на 3; 15; 30 и 150 В. К зажимам «+» и «45 мВ» можно включать отдельные (наружные) шунты, рассчитанные на падение напряжения в 45 мВ при номинальном токе. К зажимам «+» и «3 мА» (1000 Ом) можно подключать отдельные (наружные) добавочные резисторы, рассчитанные на номинальный ток вольтметра 3 мА. Остальные резисторы измерительной цепи необходимы для компенсации температурной погрешности прибора.

Приборы электродинамической системы предназначены для измерения токов от 10 мА до 100 А и напряжений от 100 мВ до 600 В. По точности они эквивалентны приборам магнитоэлектрической системы, но потребляют значительно большую мощность и имеют неравномерную шкалу.