Измерение постоянного тока

П остоянный ток измеряют амперметром (миллиамперметром, микроамперметром), который включают в цепь последовательно. Его сопротивление должно быть во много раз меньше сопротивления внешней цепи. Если необходимо измерить большой ток (больше, чем ток полного отклонения стрелки прибора), то параллельно к амперметру подключают шунт (рис. 13).

П усть I_И – ток полного отклонения стрелки измерительного прибора, I_Ш – ток, проходящий через шунт, I – ток, идущий по цепи (который нужно измерить), R_ВН – внутреннее сопротивление амперметра, R_Ш – сопротивление шунта. Учитывая то, что для параллельного соединения напряжения на амперметре и шунте одинаковы, можно записать . Отсюда находим сопротивление шунта

.

Многопредельные амперметры имеют несколько шунтов. Переключая их, можно измерять как малые, так и большие токи одним прибором. Переключать шунты, разрывая при этом цепь, нельзя, т.к. в этом случае весь измеряемый ток пойдет через измерительный прибор и может его повредить. Поэтому в технике измерений обычно применяют многопредельный универсальный шунт, постоянно подключенный к измерительному прибору. Для примера такой шунт на 5 пределов измерений изображен на рис. 14. (для микроамперметра с внутренним сопротивлением 720 Ом и током полного отклонения 100 мкА).

Измерение постоянного напряжения

Постоянное напряжение измеряется вольтметром, который подключается к цепи параллельно, при этом общее сопротивление цепи уменьшается (рис. 15). Поэтому чем больше сопротивление вольтметра, тем меньше он оказывает влияние на измеряемую цепь. Цифровые вольтметры имеют внутреннее (входное сопротивление) в десятки мегаом.

Для расширения предела измерения вольтметра последовательно к нему присоединяют добавочный резистор R_Д (рис. 16). Используя несколько добавочных резисторов, можно изготовить многопредельный вольтметр (рис. 17). Для изготовления вольтметра можно использовать тот же прибор магнитоэлектрической системы, который применялся для изготовления амперметра.

Рассчитывают добавочный резистор следующим образом. Пусть необходимо измерить напряжение U (рис. 16). По добавочному резистору и измерительному прибору течет одинаковый ток, поэтому можно записать:

. Кроме того, .

Решая два последних уравнения совместно, можно найти сопротивление добавочного резистора:

.

Если известен ток полного отклонения стрелки прибора I_И, то в последней формуле можно сделать замену U_И = I_И R_ВН и получить:

.

Выполнение работы

ВНИМАНИЕ! Для предотвращения выхода из строя микроамперметров (из-за возможных ошибок в расчетах и монтаже схем) сборку электрических схем осуществлять только при отсутствии в них напряжения. Также следует соблюдать полярность подключения микроамперметров к батарейному модулю («минус» микроамперметров подключается к «минусу» батарейки, «плюс» – к «плюсу», иначе стрелки приборов будут отклоняться влево за пределы шкалы). При сомнениях в правильности монтажа схем обратитесь за помощью к лаборанту или преподавателю.

Изучить условные обозначения на шкалах эталонного и исследуемого микроамперметров.

И змерить ток полного отклонения и внутреннее сопротивление микроамперметра магнитоэлектрической системы. Для этого необходимо собрать изображенную сплошными линиями схему по рис. 18, не присоединяя её к батарейному модулю. Схема состоит из измеряемого и эталонного микроамперметров, резистора R_ОГР, ограничивающего ток в схеме, регулировочных резисторов R и R_Ш.

В целях защиты приборов от случайных перегрузок необходимо установить движок переменного резистора R = 10 кОм в положение максимального сопротивления (повернуть ось резистора против часовой стрелки до упора).

Подключить собранную схему к батарейному модулю, при этом стрелки обоих приборов должны отклониться на какой-то угол.

Уменьшая сопротивление резистора R, добиться того, чтобы стрелка измеряемого микроамперметра установилась на последней отметке шкалы. По эталонному миллиамперметру определить ток полного отклонения исследуемого прибора. (На эталонном микроамперметре установлен предел измерения тока 150 мкА.)

Подключить параллельно исследуемому прибору переменный резистор R_Ш (он на рис. 18 показан пунктиром). Изменяя сопротивление резисторов R и R_Ш добиться такого состояния схемы, при котором ток исследуемого прибора уменьшился бы ровно в 2 раза, а показания эталонного прибора остались бы без изменений. В этом случае внутреннее сопротивление исследуемого прибора R_ВН равно сопротивлению R_Ш.

Отсоединить от схемы резистор R_Ш и измерить его сопротивление мультиметром.

Рассчитать шунт к исследуемому микроамперметру для увеличения его предела измерения тока до 150 мкА.

Из имеющихся резисторов выбрать резистор с сопротивлением максимально приближенным к расчетному сопротивлению шунта. Поставить этот шунт в схему, изображенную на рис. 18, и по показаниям эталонного и исследуемого приборов убедиться в правильности своих расчетов.

Рассчитать теоретически добавочный резистор R_Д для того, чтобы из исследуемого микроамперметра изготовить вольтметр с пределом измерения до 5 В.

Из имеющихся радиодеталей подобрать резистор с сопротивлением наиболее приближающимся к расчетному значению R_Д и собрать вольтметр по схеме, изображенной на рис. 16.

Проверить собранный вольтметр, подключив его к батарейному модулю, измерить напряжение источника питания.

Результатами измерений и вычислений заполнить таблицу:

IИ, мкА	RВН, Ом	Шунт RШ, Ом (для тока 150 мкА)	Доб. резистор RД, кОм (для напряжения 5 В)