книги из ГПНТБ / Попов В.С. Электрические измерения (с лабораторными работами) учебник

но показания зависят от электрических полей вследствие незначительного собственного поля. Уменьшение допол­ нительной погрешности от внешнего электрического поля достигается применением экранов.

Входное сопротивление приборов при постоянном токе практически равно бесконечности, а при переменном токе определяется частотой изменения напряжения и емкостью механизма, которая невелика (обычно не превышает 10 пФ).

Глава третья

ПРИБОРЫ НЕПОСРЕДСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ

Для измеренпя тока в приемнике энергии 7 п р необхо­ димо амперметр соединить последовательно с этим прием­

вращающий момент и вызывает поворот его подвижной части на угол, по которому определяют ток амперметра.

Всякий измерительный прибор,

включении не должен изменять параметры цепи и режим ее работы. Следовательно, сопротивление амперметра гА должно быть малым по сравнению с сопротивлением прием­ ника: ГА <СгП р. В этом случае токи в приемнике до включе­

70

приемника так, чтобы напряжение на приемнике и на вольтметре было одинаковым, т. е. Uy = Unp.

По закону Ома ток вольтметра

Iv = Uv/rv = F(Uv). •

Ток I v вызывает поворот подвижной части прибора па угол, зависящий от его значения, а следовательно, и от значения Uy, т. е.

а = Ф ( / у ) = ф[*'(£7у )] = / ( £ М .

Таким образом, по углу поворота подвижной части вольтметра определяют напряжение на его зажимах.

В противоположность амперметру сопротивление вольт­ метра должно быть большим по сравнению с сопротивле­ нием приемника энергии, с тем чтобы его включение не изменило режим работы цепи.

Допустим, что указанное требование ие выполняется и сопро ­ тивление вольтметра r v = гх (рис. 3-2). При указанном допущении, принимая r 2 = r l t получаем: до включения вольтметра напряжения па сопротивлениях гх и гг одинаковы: иг = U2 = U/2.

После включения вольтметра эквивалентное сопротивление первого' участка цепи (рис. 3-2) равно гх12, а второго г2 = rt: Соот­ ветственно эквивалентное сопротивление всей цепи составляет 1,5 гх. При этом напряжение на сопротивлении r l t измеренное вольтмет­ ром,

Погрешность при измерении напряжения

ти

Таким образом, включение вольтметра с относительнонебольшим сопротивлением вызвало значительное изме­ нение режима работы цепи и привело к недопустимо боль­ шой погрешности измерения.

Из сказанного ясно, что амперметр и вольтметр, имея одинаковые по устройству измерительные механизмы, отличаются параметрами и внутренними измерительными схемами и, кроме того, они различным образом вклю­ чаются в испытуемую цепь.

71

3-2. Ш У Н Т Ы

Шунт применяется для расширения предела измерения тока измерительного механизма. Он представляет собой измерительный преобразователь, состоящий из резистора, включаемого в цепь измеряемого тока, параллельно кото­ рому присоединяется измерительный механизм (рис. 3-3).

Для устранения влияния сопротивлений контактных соединений шунты снабжаются токовыми и потенциаль­ ными зажимами.

Гис . 3-3. Схема соединения измерительного механизма с шунтом (а) и внешний вид шунта (о).

Измеряемый ток цепи / и ток измерительного механиз­ ма одной из параллельных ветвей (рис. 3-3, а) связаны соотношением

где р = гп/гш + 1 = Шп — шунтирующий множитель, показывающий, во сколько раз измеряемый ток / больше тока / п измерительного механизма или во сколько раз раст ширяется предел измерения тока.

Таким образом, измеряемый ток находится умноже­ нием постоянной измерительного механизма по Току С/, шунтирующего множителя р и угла поворота а подвиж­ ной части измерительного механизма.

Шунтирующий множитель является неизменным при постоянных значениях г ш и га.

72

Из приведенного выражения шуитпрующего множителя следует, что г ш = r u / ( p - 1 ) , (3-2)

т. е. для расширения предела измерения в р раз необходим

Для любого положения штепселя (рис. 3-4) измеряе­ мый ток [см. (3-1)]

ненное последовательно с измерительным меха­ низмом;

г — постоянное сопротивление контура шунта и из­ мерительного механизма при его последователь­ ном обходе.

Тактг образом, при наизмепном сопротивлении кон­ тура шунтирующий множитель зависит только от сопро­ тивления шунта.

73

Шунты изготовляются из манганина и других мате­ риалов и снабжаются двумя парами зажимов: токовыми для включения в цепь и потенциальными для присоеди­ нения измерительного механизма. Такое включение устра­ няет погрешности от контактных сопротивлений.

Сечение шунта должно быть достаточно большим, с тем чтобы не было нагревания шунта током и связанной с ним температурной погрешности.

Внутренние шунты встраиваются в корпус прибора. Наружные шунты выполняются в виде отдельной детали п соединяются с прибором специальными прово­ дами. Индивидуальный шуит должен применяться только с тем прибором, который градуировался с данным шунтом. Калиброванный шунт может применяться с прибором, номинальное напряжение которого соответствует указан­ ному па шунте напряжению (45, 75, 100 или 150 мВ). По точностп шунты делятся на классы 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5 и 1 . Число класса точности обозначает допустимое отклонение сопротивления в процентах его номиналь­

ного значения.

Шунты преимущественно применяются в цепях постоян­ ного тока, так как при переменном токе распределение токов в параллельных ветвях зависит от индуктивности

ппзмами магнитоэлектрической системы, которые могут изготовляться на малые номинальные напряжения 45— 150 мВ.

3-3. Д О Б А В О Ч Н Ы Е РЕЗИСТОРЫ

Добавочный резистор, представляющий собой измери­ тельный преобразователь, применяется для расширения предела измерения напряжения и для исключения влия­ ния температуры иа сопротивление вольтметра гу. Доба­ вочный резистор изготовляется из манганина и включа­ ется последовательно с измерительным механизмом (рис. 3-7).

Если предел измерения напряжения измерительного механизма необходимо расширить в р раз, то, используя обозначения рис. 3-7, запишем:

U = Uap = Ua + ил = / п (гц + гд ),.

74

откуда сопротивление добавочного резистора

Если сопротивления измерительного механизма и добавочного резистора известны, то по (3-4) множитель

Обмотка рамки измерительного механизма выполня­ ется обычно из меди, имеющей температурный коэф­

в 20 раз меньше, следовательно, во столько же раз будет меньше и температурная погрешность вольтметра.

Таким образом, добавочный резистор не только расши­ ряет предел измерения напряжения, но и уменьшает тем­ пературную погрешность вольтметра.

В переносных приборах часто применяют добавочные резисторы, состоящие из нескольких частей (рис. 3-8), что позволяет иметь вольтметры на несколько пределов измерения.

Добавочные резисторы для постоянного тока наматы­ ваются обычно, а для переменного тока — бифилярно для получения безреактивного резистора. Намотка произво­ дится изолированным проводом на пластины или каркасы из пластмассы.

75

Применяются внутренние и наружные . добавочные

и шунты, делят на классы точности 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5 и 1. Они изготовляются на номинальные токи 0,5; 1; 3; 5; 7,5; 15 и 30 мА.

3-4. А М П Е Р М Е Т Р Ы И ВОЛЬТМЕТРЫ М А Г Н И Т О Э Л Е К Т Р И Ч Е С К О Й СИСТЕМЫ

Магнитоэлектрические приборы для измерения малых токов — микроамперметры, или миллиамперметры, пред­ ставляют собой в простейшем случае измерительный механизм, обмотка которого присоединена непосредствен­ но к внешним зажимам. Поэтому при включении прибора в цепь измеряемый ток идет по его обмотке. В этом слу­ чае изменение температуры окружающей среды не вызы­ вает дополнительной температурной погрешности, так как изменение сопротивления медной обмотки не влияет на ток, который определяется главным образом сопротивлением приемника энергии (рис. 3-1).

Большинство амперметров и часть миллиамперметров магнитоэлектрической системы представляют собой изме­ рительные механизмы, снабженные шунтом (рис. 3-3). У таких приборов изменение температуры окружающей среды вызывает изменение сопротивления медной обмотки, а сопротивление шунта остается неизменным, так как он изготовляется из манганина. Это приводит к перераспре­ делению токов в параллельных ветвях прибора, изменению шунтирующего множителя и, следовательно, к дополни­ тельной погрешности от температуры около 4% при изме­ нении температуры на 10 °С.

76

Для уменьшения температурной погрешности прибора уменьшают температурный коэффициент ветви измеритель­ ного механизма, что обеспечивается включением в эту ветвь добавочного резистора из манганина (рис. 3-9). Добавоч­ ные резисторы применяются у амперметров классов точ­ ности 1; 1,5 и 2,5. Амперметры более высоких классов точ-. ности имеют более сложные схемы температурной компен­ сации.

Вольтметр магнитоэлектрической системы представ­ ляет собой измерительный механизм и последовательно соединенный добавочный резистор из манганина, который (§ 3-3) расширяет предел изменения напряжения и обеспе­ чивает температурную компенсацию.

и медь

В милливольтметрах классов точности 0,2 и 0,5 при относительно небольших сопротивлениях их обмоток нель­ зя получить достаточную компенсацию при последователь­ ной схеме (рис. 3-7) с одним добавочным резистором, по­ этому применяют последовательно-параллельную схему компенсации (рис. 3-10). При повышении температуры увеличивается эквивалентное сопротивление разветвле­ ния главным образом вследствие увеличения сопротив­ ления медного шунта. При неизменном напряжении на зажимах цепи увеличение сопротивления разветвления вызовет уменьшение тока цепи и напряжения на сопротив­ лении гд 2 и, следовательно, увеличение напряжения на разветвленпи.

Если относительное увеличение сопротивления ветви измерителя подобрать равным относительному увеличению напряжения на разветвлении, то на ток измерителя пе будет влиять изменение температуры, т. е. достигается температурная компенсация.

77

Милливольтметр можно применить для измерения тока, если присоединить к его зажимам шунт. Такая схема с шунтом, помещенным внутри прибора, широко исполь­ зуется в выпускаемых нашими заводами милливольтампермет-

~/,5Ом И z,SSZOMlfiSS0i* t,SMO\

I 5,333 Ом

С П

В,7Э3 0м

Рис . 3-12. Принципиальная схема вольтметра тппаМ106.

Для номинальных напряжений 45 и 75 мВ использу­ ются зажимы «минус» и соответственно 44,84 илп 74,88 мВ, к которым при помощи калиброванных проводов подводится измеряемое напряжение. Восемь других пре­ делов измерения устанавливаются рычажным переклю­ чателем, при этом используются зажимы «мпнус» и «плюс».

78

Применяя стандартные шунты на 45 и 75 мВ, можно использовать прибор в качестве амперметра.

Положительные свойства магнитоэлектрических при­ боров: большая точность, высокая чувствительность, малое влияние внешних магнитных полей, незначительное влияние температуры, малая мощность потерь, равномер­ ная шкала, хорошее успокоение.

Отрицательные свойства магнитоэлектрических при­ боров: пригодность только для постоянного тока, чувстви­ тельность к перегрузкам, высокая стоимость.

Достоинства магнитоэлектрических приборов обеспе­ чили им широкое распространение. Они применяются как образцовые и лабораторные приборы в цепях постоянного тока, а также там, где требуются повышенная чувстви­ тельность и точность.

Отечествепиая промышленность выпускает переносные многопредельные амперметры п вольтметры высших клас­ сов точности и щитовые приборы классов 1,0; 1,5 и 2,5.

3-5. Г А Л Ь В А Н О М Е Т Р Ы М А Г Н И Т О Э Л Е К Т Р И Ч Е С К О Й СИСТЕМЫ

Гальванометры — это приборы высокой чувствитель­ ности для измерения тока, напряжения и количества элек­ тричества, шкала которых градуируется наблюдателем.

Из всех систем гальванометров наибольшее распростра­ нение получили для постоянного тока — магнитоэлектри­ ческие гальванометры с неподвижным магнитом и для переменного тока — магнитоэлектрические вибрационные гальванометры с подвижным магнитом.

Гальванометры применяют: 1) для измерения малых токов и напряжений; 2) для фиксации равенства потен­ циалов двух точек цепи (нуль тока) — нулевые гальва­ нометры; 3) для определения равенства двух токов — дифференциальные гальванометры; 4) для измерения коли­ чества электричества, импульса тока — баллистические.

Гальванометры переменного тока применяются для измерения малых действующих значений тока или в боль­ шинстве случаев как нулевые гальванометры.

По способу отсчета различают гальванометры с зеркаль­ ным отсчетом, имеющие высшую чувствительность 1-107 —

79