Измерение тока

Д ля измерения величины тока, протекающего в какой-либо цепи, в нее последовательно с исследуемым элементом цепи R_н включают амперметр (рис. 5).

Для того, чтобы амперметр оказывал как можно меньшее влияние на силу измеряемого им тока и не создавал больших потерь энергии, его обмотку выполняют с весьма малым внутренним сопротивлением порядка 0,1-2 Ом.

Любой амперметр рассчитан на измерение сил токов до некоторого максимального (номинального) значения . Чтобы расширить пределы измерения амперметров, предназначенных для работы в цепях постоянного тока, то есть измерять силу тока в несколько раз большую номинального значения , параллельно прибору включают сопротивление , которое называется шунтом (рис. 5). При таком включении сопротивления часть тока пойдет по нему ( ), а часть – через амперметр ( ), напряжения на шунте и амперметре при их параллельном соединении будут одинаковы, при этом справедливы соотношения:

Решая данную систему уравнений, получим формулу для расчета сопротивления шунта:

(3)

Многопредельный амперметр имеет несколько шунтов и переключатель для их включения. Если прибор предназначен для постоянной работы с шунтом, то шкала его градуируется сразу в значениях измеряемого тока I с учетом коэффициента шунтирования.

Измерение напряжения

Д ля измерения величины напряжения U на каком-либо участке электрической цепи R_н параллельно этому участку подключается вольтметр (рис. 6). Чтобы вольтметр не вносил заметных искажений в измеряемое напряжение и не создал значительных потерь энергии, сопротивление его обмотки выполняют достаточно большим (от 10⁴ до 10⁶ Ом). Любой вольтметр рассчитан на предельное напряжение . Для измерения напряжений больших предельного , последовательно с обмоткой вольтметра включают добавочный резистор с сопротивлением (рис. 6). При этом на прибор приходится лишь часть измеряемого напряжения U, по-прежнему равная , а оставшаяся часть будет приходиться на добавочное сопротивление. При этом справедливы следующие выражения:

Решая полученную систему уравнений, получим:

(4)

Шкала прибора часто градуируется с учетом включенного добавочного резистора, особенно для многопредельных приборов.

Обоснование метода

Любой элемент электрической цепи обладает сопротивлением, которое возникает при протекании тока вследствие взаимодействия движущихся зарядов с атомами проводника. Согласно закону Ома, если к проводнику приложить разность потенциалов, то в нем возникнет электрический ток, величина которого обратно пропорциональна сопротивлению проводника и прямо пропорциональна приложенному напряжению. В случае, когда сопротивление не изменяется, сила тока зависит только от величины прикладываемого напряжения.

Таким образом, измерив силу тока в проводнике и напряжение, приложенное к нему, можно определить сопротивление, которым данный проводник обладает, по формуле:

(5)

Для измерения сопротивления при помощи амперметра и вольтметра собирается одна из схем, представленных на рисунке 7.

В схеме, расположенной слева на рисунке, амперметр А измеряет ток, текущий через исследуемое сопротивление, так что показание амперметра, которое обозначим через , дает ток в измеряемом сопротивлении . Но вольтметр измеряет падение напряжения на участке цепи, куда входит не только измеряемое сопротивление , но и сопротивление амперметра . Поэтому показание вольтметра не равно и тогда значение будет определяться как:

(6)

Сопротивление амперметра можно не учитывать только в том случае, когда оно много меньше исследуемого.

В схеме справа вольтметр измеряет падение напряжения на концах измеряемого сопротивления , так что , но амперметр измеряет не силу тока в измеряемом сопротивлении, а сумму токов , где – сила тока в ветви, содержащей вольтметр. Таким образом, показание амперметра:

Откуда:

Следовательно, формула для определения сопротивления примет вид:

(7)

Из данной формулы видно, что измеряемое сопротивление будет определяться отношением напряжения к силе тока только в том случае, когда оно во много раз меньше чем сопротивление вольтметра.

Довольно часто сопротивления вольтметров и амперметров указываются на лицевой панели прибора.