§3.Классификация приборов по роду измеряемого тока

На практике используются приборы для измерений цепях переменного и постоянного токов. Как видно из предыдущего параграфа, только приборы магнитоэлектрической системы (без специальных приспособлений) не могут быть использованы для измерений в цепях переменного тока. Из переменных токов чаще всего используется ток, меняющийся со временем по синусоидальному закону:

(4),

где - амплитудное значение переменного тока, - начальная фаза, - циклическая частота, равная . Например, для тока городской сети циклическая частота w = 314 рад/с .

Если пропустить переменный ток через электроизмерительный прибор магнитоэлектрической системы, то стрелка, в силу своей инерции не будет следовать за измерением мгновенного значения тока. Магнитоэлектрические приборы покажут ноль. Действительно, на рамку с переменным током будет действовать переменная сила, причем направление действия силы будет через каждые полпериода меняться. В результате стрелка установится на нулевом делении шкалы.

При пропускании переменного тока (4) через прибор электромагнитной или электродинамической системы стрелка установится в определенном положении. В такое же положение отклонится стрелка при пропускании некоторого постоянного тока .

Для синусоидального тока и напряжения :

.

где I₀ – амплитудное (максимальное) значение тока, U₀ – амплитудное (максимальное) значение напряжения. Отметим физический смысл эффективного значения тока (для напряжения аналогично). Прохождение переменного тока (4) через некоторое сопротивление вызывает выделение такого же количества тепла, как и прохождение постоянного тока, величиной . Количество теплоты определяется из закона Джоуля-Ленца: .

§4. Шунты и добавочные сопротивления

Выше рассматривались электроизмерительные приборы, реагирующие на ток, проходящий через них. Они же могут измерить и напряжение (по закону Ома U=IR). В широком смысле все эти приборы можно назвать гальванометрами. Однако часто гальванометрами называют чувствительные приборы, служащие для измерения весьма малых токов, напряжений и количества электричества и для указания отсутствия тока при измерениях.

А мперметрами называют приборы, служащие для измерения тока. При измерениях амперметр включают в цепь последовательно с тем участком, на котором измеряют ток, чтобы весь измеряемый ток проходил через амперметр (рис.1.12).

Д ля уменьшения влияния амперметра на измеряемый ток сопротивление амперметра должно быть много меньше сопротивления цепи. Идеальный амперметр должен иметь нулевое сопротивление. Слабые токи измеряют амперметрами, шкалы которых градуируют в миллиамперметрах и микроамперах . В этих случаях приборы называют миллиамперметрами, микроамперметрами. На схемах они обозначаются соответственно:

Рис.1.13

В целях увеличения предела измерения тока к амперметру параллельно подсоединяется сопротивление, которое называется шунтом. В этом случае часть измеряемого тока проходит через шунт. Пусть - предельный ток, проходящий через амперметр, I -предельный измеряемый ток в цепи, на который рассчитывается шунт. Тогда через шунт пройдет ток . Разность потенциалов между точками А и В соответствует падению напряжения как на амперметре, так и на шунте, тогда через шунт пройдет ток I и по закону Ома для однородного участка , где - внутреннее: сопротивление амперметра, -сопротивление шунта. Из двух последних соотношений получаем формулу для расчета шунтов:

г де - показывает, во сколько раз увеличивается предел измерения амперметра.

Для измерения напряжения на участке цепи используется вольтметр, который подсоединяется к этому участку параллельно (рис.1.14). Для того, чтобы включение вольтметра не изменяло заметно режима цепи, сопротивление вольтметра должно быть велико по сравнению с сопротивлением участка цепи. Для измерения малых напряжений используются милливольтметры, для измерения больших напряжений - киловольтметры . В целях повышения пределов измеряемого напряжения последовательно к вольтметру подсоединяется так называемое добавочное сопротивление. В этом случае часть. измеряемого напряжения падает на добавочное сопротивление (рис.1.14.).

где, - измеряемое напряжение; - падение напряжения на вольтметре, т.е, показание вольтметра; - падение напряжения на добавочном сопротивлении.

Если предел измеряемого напряжения увеличивается в п раз, т.е. или .

Принимая во внимание, что ток через вольтметр и добавочное сопротивление один и тот же, и используя закон Ома, получим:

Таким образом, чтобы измерить вольтметром в п раз большее напряжение, необходимо взять добавочное сопротивление в (п-1) раз большее, чем внутреннее сопротивление вольтметра (сравните с сопротивлением шунта).

Рассмотренные приспособления (шунты и добавочные сопротивления) часто бывают вмонтированы внутрь электроизмерительного прибора. Для удобства проведения измерений приборы комплектуются несколькими шунтами (амперметры) или несколькими добавочными сопротивлениями (вольтметры) или и теми и другими. Выбор того или иного предела измерения осуществляется переключением пределов или подключением к соответствующим клеммам.