Изучение приборов для измерения величины тока и напряжения. Шунты и добавочные сопротивления: Методическое пособие к лабораторной работе № 4

Министерство образования Российской Федерации

ХАБАРОВСКИЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра общей физики

Доц. В.Г.Довбило

ЛАБОРАТОРНЫЙ

ПРАКТИКУМ

ПО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ

ФИЗИКЕ

 

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ

 «ИЗУЧЕНИЕ ПРИБОРОВ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ВЕЛИЧИНЫТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ.

ШУНТЫ И ДОБАВОЧНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ»

Хабаровск 2000

§ 1. Измерение токов

Токи в электрических цепях измеряются при помощи прибо-ров разнообразных систем, называемых амперметрами и гальва-нометрами. Наиболее широко используются приботы трёх систем: магнитоэлектрической, электродинамической и электромагнитной.

При измерении в электрической цепи тока токоизмерители включаются в неё последовательно. Практически амперметр мо-жет :  1) либо находиться в электрической цепи включённым в те-чение всего времени действия этой цепи; либо  2) включаться в электрическую цепь на время измерений и затем удаляться из неё. Все амперметры обладают тем или иным внутренним сопро-тивлением. Включение их в электрическую цепь увеличивает со-противление этой цепи, а следовательно, изменяет в ней ток. От-сюда вытекает следующее требование:  для достижения доста-точно высоких к.п.д. использования электрической энергии в цепи с амперметрами, включёнными постоянно, и для доста-точно точного измерения тока при временном его включении в электрическую цепь сопротивление амперметра должно быть достаточно малым по сравнению с сопротивлением электрической цепи.

С целью увеличения цены деления шкалы амперметра (рас-ширения пределов измерения величины тока), внутреннее сопротивление амперметра снижают включением параллельно ему сопротивления, называемого шунтом (шунты включаются, в основном, к токоизмерителям магнитоэлектрической системы.     В этом случае часть измеряемого тока проходит через шунт.

Шунты широко применяются в технике при изготовлении ам-перметров из гальванометров (токоизмерителей магнитоэлектри-ческой системы, имеющих шкалу с известной ценой деления по току и напряжению), при изготовлении многопредельных ам-перметров.

§ 2. Расчёт сопротивления шунта

Проведём расчёт шунта к гальванометру.

Пусть  I_g – предельный ток гальванометра,  I –   предельный ток гальванометра с шунтом (амперметра).

 Через шунт,  включённый параллельно гальванометру при отклонении его стрелки до конца шкалы пройдёт ток (см. РИС.1), равный       

Гальванометр и шунт находятся под одинаковым напряжением

 

где  R_g – сопротивление гальвано-метра;

        R_ш– сопротивление шунта.

Из уравнения  (2) получаем фо-рмулу для расчёта сопротивления шунта

Решая совместно уравнения  (1)  и  (2), получим формулу для расчёта тока, измеряемого амперметром

Здесь  n – множитель шунта, показывающий во сколько раз изме-няется предел измерения прибора по току по сравнению с преде-лом измерения тока гальванометром:

§ 3. Измерение разностей потенциалов

Разности потенциалов (напряжения) измеряются электроди-намическими, компенсационными, электростатическими и другими методами. Наибольшее распространение в науке и тех-нике, в учебных лабораториях получил электродинамический ме-тод. В этом методе используются вольтметры различных систем – в основном:  магнитоэлектрической, электродинамической и электромагнитной.

В электродинамическом методе разность потенциалов (нап-ряжение) на участке цепи измеряется по тому току, который эту разность потенциалов вызывает в токоизмерителе с известным внутренним сопротивлением, например, в гальванометре, вклю-чённом параллельно этому участку цепи.

Пусть гальванометр  G  с внутренним сопротивлением  R_V  включен параллельно сопротивлению  r  участка цепи между точ-ками  А  и  В,  на котором измеряется напряжение  U_AB  (см. РИС.2). Разность потенциалов  U_ABсоздаёт в гальванометре ток, равный

Так как сопротивление  R_V  гальванометра постоянно, то ток в нём прямо пропорционален напря-жению на участке цепи  АВ. Тогда шкалу гальванометра можно про-градуировать в вольтах. Токоизме-ритель со шкалой, проградуированной в вольтах, называется вольтметром.

Практически вольтметр может :  1) либо быть включённым в электрическую цепь в течение всего времени действия этой цепи;  2) либо подключаться к участку цепи на время измерения и затем от него отключаться.

Все вольтметры обладают конечным внутренним сопротив-лением. Подключение вольтметра к участку цепи  АВ (см. РИС.2) уменьшает (шунтирует) сопротивление этого участка, так как к сопротивлению  r  участка  АВ  параллельно подключается внут-реннее сопротивление  R_V  вольтметра. Это приводит к тому, что на участке  АВ  уменьшается падение напряжения. Когда вольтметр подключён к участку цепи постоянно, то его присутст-вие не изменяет параметров цепи. Однако, для достижения достаточно высоких к.п.д. использования электрической энергии в цепи с вольтметрами, включёнными постоянно, их сопротивле-ние желательно иметь достаточно высоким по сравнению с сопротивлением цепи. В случае же временного подключения вольтметра к участку цепи, мы, очевидно, измерим вольтметром напряжение меньшей величины, чем оно было на этом участке до подключения к нему вольтметра. В последнем случае использова-ния вольтметра весьма важно, чтобы при его включении на участке цепи не изменилось заметно падение напряжения.