Измерения постоянных напряжений и токов

ИЗМЕРЕНИЯ ПОСТОЯННЫХ НАПРЯЖЕНИЙ И ТОКОВ Цель лекции:

Целью данной лекции является изучение средств измерения постоянных токов и напряжений, их принципа работы, основных характеристик, особенностей оценивания погрешностей измерения.

План лекции:

1. Основные положения 2. Электромеханические приборы для измерения постоянных токов

2.1. Магнитоэлектрические амперметры

2.2. Электромеханические приборы других систем 3. Электромеханические приборы для измерения постоянных напряжений 3.1. Магнитоэлектрические вольтметры 3.2. Электромеханические приборы других систем 4. Цифровые приборы для измерения постоянных токов 5. Цифровые приборы для измерения постоянных напряжений 5.1. Цифровые вольтметры время-импульсного преобразования 5.2. Интегрирующие вольтметры 6. Погрешность взаимодействия при измерении постоянных токов 7. Погрешность взаимодействия при измерении постоянных напряжений

1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Современная электроизмерительная техника позволяет измерять токи в диапазоне 10^–17…10⁶ А и напряжения в диапазоне 10^–9… 10 ⁶ В. В случае возникновения практической необходимости измерять токи и напряжения в более широком диапазоне, нет принципиальных преград для производства таких измерений. Конечно, для этого придется создавать новые сложные установки, приборы, измерительные системы. Для измерений постоянных токов и напряжений чаще всего используют цифровые измерительные приборы. Аналоговые электронные приборы для измерений постоянных токов и напряжений промышленность уже давно не выпускает из-за того, что они имеют по сравнению с цифровыми приборами низкую точность, большие габариты и примерно такую же стоимость. Широко используются электромеханические приборы – магнитоэлектрической системы, редко применяются – электродинамической, электромагнитной и электростатической систем. Причем, электростатическими приборами измеряют только напряжения. Итак, постоянные токи и напряжения в подавляющем большинстве случаев измеряются или электронными цифровыми приборами или электромеханическими – магнитоэлектрической системы. Каждый из этих типов приборов имеет свою сферу применения. Рассмотрим этот вопрос подробнее.

2. ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОСТОЯННЫХ ТОКОВ

2.1. Магнитоэлектрические амперметры

В простейшем приборе для измерения тока, имеющем внутреннее сопротивление , построенном на магнитоэлектрическом механизме, весь измеряемый ток протекает по обмотке рамки с сопротивлением (рис.1).

Рис.1 Схема микроамперметра и миллиамперметра

По такой схеме выполняют приборы для измерения малых токов – микроамперметры и миллиамперметры. Подвод тока к рамке осуществляется через спиральные пружинки или очень тонкие растяжки, и при больших токах возникает опасность нагрева и перегорания пружинок или растяжек. Поэтому верхний предел таких простейших приборов составляет 50 мА. Крайне редко встречаются приборы до 300 мА. Нижняя граница измеряемых токов составляет 10 нА. Внутреннее сопротивление такого прибора равно сопротивлению обмотки рамки . Для измерения больших токов в амперметрах применяются шунты – низкоомные высокоточные резисторы, которые включаются параллельно обмотке рамки (рис.2).

Рис. 2 Схема амперметра

Внутреннее сопротивление амперметра равно

.

В приборах, рассчитанных на токи до 30 А шунты размещаются, в корпусе прибора (внутренние шунты), а при измерении токов до 7500 А применяются внешние шунты. Внутреннее сопротивление амперметра определяется сопротивлением шунта и обычно лежит в пределах 10 –4…100 Ом. Схема многопредельного амперметра (миллиамперметра) показана на рис.3.

Рис. 3 Схема многопредельного амперметра

Сопротивление шунта рассчитывается по формуле

, где n – коэффициент расширения предела измерения амперметра,

, где - новый верхний предел измерения тока, - ток полного отклонения магнитоэлектрического прибора. Промышленностью выпускаются амперметры (микроамперметры): переносные и щитовые, однопредельные и многопредельные, всех классов точности, от класса 0,1 до 4,0.

2.2. Электромеханические приборы других систем

Измерять постоянные токи можно также приборами электромагнитной и электродинамической систем, в диапазоне от единиц миллиампер до 10 А переносными амперметрами и до сотен ампер щитовыми приборами. Однако на постоянном токе приборы электромагнитной и электродинамической систем используются очень редко, т. к. эти же измерения лучше проводить магнитоэлектрическими приборами, которые имеют более высокую чувствительность, малое собственное потребление энергии из измерительной цепи и, как следствие, малую погрешность от взаимодействия при прочих равных те#109

3. ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОСТОЯННЫХ НАПРЯЖЕНИЙ 3.1. Магнитоэлектрические вольтметры

В начале отметим, что среди электромеханических вольтметров, магнитоэлектрические вольтметры обладают самой высокой чувствительностью, самым малым собственным потреблением энергии из измеряемой цепи и, соответственно, самой малой погрешностью от взаимодействия. Поэтому, в подавляющем большинстве случаев при измерении напряжений на постоянном токе используются именно магнитоэлектрические вольтметры. Для построения вольтметра на базе магнитоэлектрического механизма измеряемое напряжение должно быть преобразовано в пропорциональный ему ток. Для этого последовательно с измерительным механизмом включают точный и стабильный добавочный резистор (рис.4).