2. Расширение пределов измерения приборов. Шунты и дополнительные сопротивления

На практике встречается необходимость измерения электрических величин в очень широких пределах. Например, в цепях постоянного тока возникает необходимость измерять ток от 10^-11А до 10⁵А. поэтому часто возникает необходимость в расширении пределов измерения прибора.

Для расширения пределов измерения тока некоторым амперметром необходимо часть тока пропустить не через амперметр, а по параллельной ему части цепи, имеющей некоторое сопротивление . Такое сопротивление, которое позволяет расширить пределы измерения амперметра, называют шунтом. Схема амперметра с шунтом представлена на рисунке 3.

Рис. 3

Через амперметр в этом случае проходит не весь измеряемый ток, а только часть его, другая часть тока пройдет через шунт.

Рассчитаем величину сопротивления шунта. Допустим, что измерительный механизм амперметра рассчитан на максимальный ток (номинальный ток) , а надо измерить ток , где . Тогда по закону параллельного соединения через амперметр будет проходить ток , а через шунт должен пройти ток:

(3)

К амперметру и шунту приложено одинаковое напряжение:

(4)

Отсюда следует, что величина сопротивления шунта определяется по формуле:

(5)

Таким образом, для увеличения предела измерения амперметра в раз параллельно ему надо присоединить шунт, сопротивление которого в раз меньше собственного сопротивления амперметра . Так как амперметр с шунтом может измерить силу тока в раз большую номинального тока, то и цена деления шкалы амперметра увеличивается в раз.

Для того чтобы расширить пределы измерения напряжения необходимо к вольтметру подключить сопротивление, на котором будет избыточное напряжение. Такое сопротивление называется дополнительным сопротивлением. Дополнительное сопротивление подключается последовательно к вольтметру, пределы измерения которого надо расширить. Схема включения дополнительного сопротивления приведена на рисунке 4.

Рис. 4

Рассчитаем величину дополнительного сопротивления. Пусть верхний предел измерения напряжения вольтметром (номинальное напряжение) равен , а сопротивление измерительного механизма вольтметра равно . Допустим, что с помощью этого вольтметра нужно измерить напряжение . Так как вольтметр и дополнительное сопротивление соединены последовательно, то измеряемое напряжение будет равно сумме напряжений на самом вольтметре и на дополнительном сопротивлении:

(6)

Из формулы (6) получаем:

(7)

Так как сила тока, протекающего через вольтметр, и сила тока, протекающего через дополнительное сопротивление, равны , то получаем:

(8)

Из формулы (8) следует, что для того чтобы расширить предел измерения вольтметра в раз надо последовательно с ним подключить добавочное сопротивление, которое в раз больше собственного сопротивления вольтметра . Цена деления вольтметра при этом также увеличится в раз.