Тема 5. Измерение токов и напряжений

5.1 Методы измерения постоянных токов и напряжений

Измерения выполняют прямые и косвенные.

При прямых измерениях используют магнитоэлектрические приборы из-за их высокой чувствительности, точности и широты диапазона измерений.

Минимальные значения измерения тока:

зеркальным гальванометром – 10^-11 А;

стрелочным магнитоэлектрическим прибором – 10^-6 А;

с помощью усилителей до 10^-12 А.

Последние измерения выполняют для повышения чувствительности. На вход фотогальванического или полупроводникового усилителя подают измеряемый сигнал, а к выходу подключают магнитоэлектрический прибор.

Напряжения малых значений измеряют магнитоэлектрическими гальванометрами (МЭГ). Они применятся как самостоятельно, так и с усилителями. Минимальное напряжение – 10^-7 – 10^-8 В.

Применяются также потенциометры постоянного тока, что существенно снижает методическую и инструментальную погрешности, но продолжительны во времени измерения.

Минимальное напряжение 10^-6 – 10^-7 В измеряют нановольтметрами, которые представляют собой усилители и ИМ МЭС. Классы точности этих приборов 1,0-1,5.

Напряжения от 10^-4 В измеряют милливольтметрами МЭС. Они отличаются удобством в эксплуатации и простотой. Классы точности не лучше 0,2 и 0,5.

Токи от 1 мкА до 6 кА и напряжения от 1 мВ до 1,5 кВ обычно измеряют приборами МЭС. В этих приборах ток в рамке не превышает 30-50 мА. Для расширения пределов измерений применяют шунты и добавочные резисторы. Классы точности 0,1 и 0,2.

Приборы электродинамической системы (ЭДС) применяют для измерения постоянных и переменных токов от 10 мА до 100 А и напряжений до 600 В. Они эквивалентны по точности приборам МЭС, но имеют большую потребляемую мощность и неравномерную шкалу.

Приборы электромагнитной системы применяют для измерения постоянных и переменных токов от 10 мА до 200 А и напряжений до 600 В. Классы точности 0,2 и 0,5. они наиболее дешёвые.

Для измерения напряжения от нескольких вольт до сотен киловольт применяют электростатические вольтметры. Наиболее точные имеют класс 0,05., но в основном применяют классы 0,5; 1,0; 1,5.

При измерениях напряжений до 6 кВ применяют приборы МЭС с добавочными резисторами, а свыше - электростатическими вольтметрами.

5.2 Методы измерений токов и напряжений промышленной частоты

На действующее значение измеряемой величине реагируют приборы электродинамической, ферродинамической, электромагнитной, электростатической и термоэлектростатической систем.

Приборы выпрямительной системы реагируют на среднее значение переменной величины.

Приборы градуируются на действующее значение синусоидальных токов или напряжений, при несинусоидальных – на среднее или амплитудное значение.

Измерение переменных токов:

свыше 100 мкА – миллиамперметры выпрямительной или термоэлектрической систем с усилителем постоянного тока, кт 1,0-1,5;

около 1 мА и более – ферродинамические приборы, кт 1,5 – 2,5;

токи больших величин от 10 и выше А – через трансформаторы тока (ТТ).

При несимметричной нагрузке в каждую фазу включается свой ТТ на амперметр. При симметричной нагрузке можно использовать два ТТ (рис. 5.1).

Рис. 5.1 Схема соединения трёх амперметров через два трансформатора тока

В этом случае амперметр 3 измеряет модуль тока фазы С . Измеряемый при этом ток равен показанию амперметра, умноженному на коэффициент трансформации ТТ.

Измерение переменных напряжений от 1 мВ с повышенной точностью выполняется компенсаторами переменного тока; напряжения свыше 100 В измеряются с помощью ТН.

П ри измерении трёх линейных напряжений трёхфазной трёхпроводной цепи используются два ТН при несимметричной нагрузке в трёхфазных цепях (рис. 5.2).

Рис. 5.2 Схема соединения трёх вольтметров через два трансформатора напряжения

Измеряемое при этом напряжение равно показанию вольтметра, умноженному на коэффициент трансформации ТН.