Измерение малых токов и напряжений. Нулевые указатели

Измерение малых токов и напряжений. Необходимость измерения малых токов и напряжений возникает в практике электрических измерений очень часто. При этом нужно различать два случая. В первом случае требуется количественно измерить ток или напряжение. Тогда шкала прибора градуируется в единицах тока или напряжения, или той неэлектрической величины, которая преобразуется в ток или напряжение. Главным требованием к подобным приборам является их точность.

Во втором случае в задачу прибора входит лишь выявление факта наличия тока (точнее — его отсутствия) в том или ином участке цепи, что имеет место при измерениях по методу сравнения в нулевом (равновесном) режиме. Подобные приборы называются нулевыми указателями. Главным требованием к ним является высокая чувствительность. Точность нулевых указателей практически не играет никакой роли. Предел увеличения чувствительности ставится помехами, вызывающими отклонение нулевого указателя. К этим помехам следует отнести токи утечки, обусловленные несовершенством изоляции источников питания и отдельных частей установки, механические сотрясения, ЭДС и токи, индуцируемые в катушках и проводах измерительной цепи внешними магнитными полями, и т.д.

Нулевые указатели. В качестве нулевых указателей используются различные гальванометры постоянного и переменного тока, а также ламповые и фотоэлектрические усилители с магнитоэлектрическим измерительным механизмом.

Магнитоэлектрический гальванометр представляет собой обычный магнитоэлектрический измерительный механизм с креплением подвижной рамки (или магнита) на подвесе и с зеркальным отсчетом. Высокая чувствительность гальванометра достигается в основном за счет резкого уменьшения противодействующего момента подвеса по сравнению с противодействующим моментом пружинки. Однако при столь малом противодействующем моменте начинает играть большую роль момент успокоения.

Если обмотку рамки намотать на алюминиевый каркас, как это делается у обычных магнитоэлектрических приборов на кернах, то момент успокоения, создаваемый взаимодействием тока, индуцируемого в каркасе при движении рамки, с полем постоянного магнита будет значительно больше, чем вращающий или противодействующий момент. Поэтому рамку гальванометра выполняют бескаркасной.

Кривые движения подвижной части гальванометра к положению равновесия (т.е. к установившемуся отклонению) α_p показаны на (рис. 5.5). Кривая 1 имеет место, когда сопротивление R _вн велико. Этот режим работы прибора является колебательным, или периодическим (недоуспокоенным). Кривая II соответствует критическому режиму движения подвижной части, являющемуся граничным между периодическим и апериодическим режимами. Кривая III отражает так называемое апериодическое (переуспокоенное) движение, что характерно для малых значений R _вн.

В одном гальванометре сочетать высокую чувствительность к току и напряжению практически невозможно. В гальванометрах, чувствительных к току, обычно выбирают значительное число витков, что непосредственно ведет к увеличению сопротивления рамки, числа потокосцеплений ψ, а также критического сопротивления. Гальванометры, чувствительные к напряжению, имеют малое сопротивление рамки и малое критическое сопротивление.

Контрольные вопросы

1 В чем состоит единство и различие амперметров и вольтметров?

2 Какими параметрами отличаются амперметры и вольтметры?

3 Как построены многопредельные приборы для измерения постоянных токов и напряжений?

4 Какими приборами можно измерять действующие значения переменных токов и напряжений?

5 Как измеряются средние и амплитудные значения переменного тока?

6 Каковы особенности измерения малых токов и напряжений?

7 Какие требования предъявляются к нулевым указателям?