Измерение тока и напряжения

Измерение тока. Прибор, предназначенный для измерения силы тока, называется амперметром. Амперметр включается по­следовательно с участком цепи, в котором измеряется сила тока (рис. 1, а).

Для того чтобы включение амперметра не оказывало влияния на работу электрических установок и он не создавал больших по­терь энергии, амперметры выполняют с малым внутренним сопро­тивлением. Амперметр можно включать в цепь только последова­тельно с нагрузкой.

Для расширения пределов измерения амперметров, предназначенных для работы в цепях постоянного тока, применяют специальные устройства, называемые шунтами.

Шунт включается параллельйно прибору (рис.1 б).

Рис.1 Схема включения амперметра а) с шунтом б) без

При этом через прибор проходит только часть I _А измеряемого тока I, обратно пропорциональная его сопротивлению R_A. Большая часть I _ш этого тока проходит через шунт. Зная сопротивления прибора R_A и шунта R _ш, можно по току I _А, фиксируемому прибором, определить измеряемый ток:

I = I_A (R_A + R _Ш) / R _Ш = l_An

                                                               где n — коэффициент шунтирования, его обычно выбирают равным или кратным 10.

 

n = I / I_A = (R_A + R _Ш) / R _Ш

 

Сопротивление шунта, необходимое для измерения тока I, в n раз большего, чем ток прибора I _А, R_m = R_A / (n -1)

Конструктивно шунты либо монтируют в корпус прибора (шунты на токи до 50 А), либо устанавливают вне его и соединяют с при­бором проводами. Если прибор предназначен для постоянной ра­боты с шунтом, то шкала его градуируется сразу в значениях измеряемого тока с учетом коэффициента шунтирования и никаких расчетов для определения тока выполнять не требуется. Шунт делят на пять классов точности (0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5). Обозначение класса соответствует допустимой погрешности в процентах.

Для того чтобы повышение температуры шунта при прохождении по нему тока не оказывало влияния на показания прибора шунты изготовляют из материалов с большим удельным сопротивлением и малым температурным коэффициентом (константан; манганин, никелин и пр.). Для уменьшения влияния температуры на показания амперметра последовательно с индукционной катушкой прибора в некоторых случаях включают добавочный резистор из константана или другого подобного материала. Для измерения больших токов (свыше 100 А) применяют амперметры магнито-электрической системы с использованием шунтов.

 

Рис. 2. Схема включения амперметра в цепь переменного тока с использованием измерительного ТТ.

 

Для расширения пределов измерения тока в цепях переменного тока используются трансформаторы тока (ТТ) (Рис. 2)_. Значения измеряемого тока I и значение I _А, измеряемое амперметром,связаны следующим соотношением:

I = kI_A

где k — коэффициент трансформации измерительного трансфор­матора.

 

Измерение напряжения. Прибор, предназначенный для измере­ния напряжения, называется вольтметром (рис. 3, а). Вольтметр заключается параллельно участку цепи, на котором измеряется на­пряжение (рис. 3, б).

Для того чтобы включение вольтметра не оказывало влияния на ра­боту электрических установок и он не создавал больших потерь энер­гии, вольтметры выполняют с большим сопротивлением. Для расши­рения пределов измерения вольтметров последовательно с обмоткой прибора включают добавочный резистор R_Д (рис.3, в). При этом на прибор приходится лишь часть U _V измеряемого напряжения U, пропорциональная сопротивлению прибора R _V. Сопротивление добавочного резистора, необходимое для измерения напряжения U, в n раз большего напряжения прибора U _V,определяется по формуле:

R _Д = (n -1)

 

Добавочный резистор может встраиваться в прибор и одновременно использоваться для уменьшения влияния температуры окружающей среды на показания прибора.

Для этой цели резистор выполняется из материала, имеющего малый температурный коэффициент, и его сопротивление значительно превышает сопротивление индуктивной катушки, вследствие чего общее сопротивление прибора становится почти независимым от изменения температуры. По точности добавочные резисторы подразделяются на те же классы точности, что и шунты.

 

 

Рис. 3. Схема включения вольтметра:

а - внешний вид стрелочного вольтметра; б — без добавочного сопротивления; в — с добавочным сопротивлением

Рис. 4. Схема включения вольтметра в цепь переменного тока с использованием измерительного ТН.

В цепях переменного тока для расширения пределов измерения вольтметров используются измерительные трансформаторы напряжения (ТН).

Схема включения показана на рис.4. В этом случае измеряемое напряжение

U = k_uU_v, где k_u — коэффициент трансформации измерительного трансформатора напряжения. Из­мерительные трансформаторы напряжения, помимо расширения пределов измерения вольтметра в цепях переменного тока, обеспе­чивают изоляцию вторичной цепи от первичной, находящейся под высоким напряжением

Делители напряжения. Для расширения пределов измерения вольтметров применяют делители напряжения. Они позволяют уменьшить подлежащее измерению напряжение до значения, соответствующего номинальному напряжению данного вольтметра (предельного напряжения на его шкале). Отношение входного на­пряжения делителя U ₁, к выходному U ₂ (рис. 5, а) называется коэф­фициентом деления. При холостом ходе

U ₁ / U ₂ = R ₁ + R ₂ / R ₂ = 1 + R ₁ / R ₂

 

В делителях напряжения это отношение может быть выбрано равным 10, 100, 500 и т.д. в зависимости от того, к каким выводам делителя! подключен вольтметр (рис. 5, б).

Рис.5. Схемы включения делителей напряжения.а — однопредельный делитель напряжения; б — многопредельный делитель напряжения.

 

                                     ГЛАВА 6