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)
Ix = 
,
а после его включения
= 
,
где U — напряжение цепи; R — сопротивление цепи; R A — сопротивление амперметра.
Лишь при R A << R имеем Ix = .
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
Ux + 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 = Ux.
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 (IV).
При включении измерительного механизма в качестве вольтметра ток
IV = 
,
где Ux — измеряемое напряжение; RV — сопротивление цепи измерительного механизма. Если RV = const, то
α = f 
= f 1 (Ux).
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.
