Электричество и магнетизм Введение

Министерство образования РФ

Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова

(технический университет)

Кафедра общей и технической физики.

Электричество и магнетизм

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2004Г. Общие сведения об электроизмерительных приборах.

Подавляющее число электроизмерительных приборов предназначено для измерения силы тока в цепи и напряжения на участках цепи. Эти два типа приборов называются амперметрами и вольтметрами соответственно. Существуют приборы, рассчитанные на измерение различных диапазонов токов и напряжений: амперметры (на шкале их помещена буква А), вольтметры (буквы В или V), миллиамперметры (мА или mA), милливольтметры (мВ или mV). При проведении измерений необходимо обращать внимание на используемый тип прибора, в противном случае можно ошибиться в тысячи или миллионы раз.

Принцип действия электроизмерительных приборов основан на взаимодействии магнитного поля постоянного магнита и подвижной катушки (магнитоэлектрическая система), магнитного поля катушки и подвижного сердечника (электромагнитная система), двух катушек (электродинамическая система). Общее для всех трёх систем состоит в том, что подвижная часть измерительной системы способна отклоняться при пропускании через прибор исследуемого тока.

Так например, в приборах магнитоэлектрической системы возникает вращающий момент М₁ , приложенный к подвижной катушке и пропорциональный силе проходящего тока: . Так как противодействующий моментМ₂, создаваемый спиральными пружинами, пропорционален углу закручивания  (), то угол отклонения катушки, а следовательно, и скрепленной с ней стрелки также пропорционален силе протекающего тока. Действительно, еслиМ₁=М₂, то , где. Таким образом, имеется линейная зависимость между токомI и углом отклонения , что обеспечивает равномерность шкалы прибора.

Приборы магнитоэлектрической системы можно применять для измерения только постоянных токов и напряжений. Приборы элект­ромагнитной и электродинамической системы можно использовать для измерений в цепях и постоянного, и переменного тока. Дело в том, что угол отклонения и ток, протекающий через прибор, связаны следующим образом: . Направление, отклонения стрелки не зависит от знака протекающего тока.

Итак, все приборы, в том числе и вольтметры, реагируют на ток, протекающий через прибор. Для вольтметра ток пересчитан по закону Ома в напряжение, в единицах которого и градуирована шкала прибора.

Амперметры и вольтметры различаются тем, что внутреннее сопротивление амперметра обычно мало (10-100 Ом), а внутреннее сопротивление вольтметра велико (Ом). Амперметры включают в исследуемый участок цепи последовательно, а вольт­метры - параллельно. Ввиду малого сопротивления амперметра ток в цепи при включении прибора в цепь почти не меняется. В слу­чае подключения вольтметра заметного перераспределения тока в исследуемой цепи не происходит.

Все измерительные приборы должны вносить в исследуемую цепь достаточно малые искажения. Исходя из этого требования, обоснуем ограничения на внутреннее сопротивление амперметров R_A и вольтметров R_V .

При включении амперметра в исследуемую цепь последовательно (рис.1,а) через прибор будет протекать ток, близкий к измеряемому. По закону Ома ток, протекающий в цепи без амперметра и с амперметром,исоответственно (здесь - электродвижущая сила).

Подключение амперметра в цепь изменяет первоначальный ток на величину . Нетрудно убедиться, что относительное изменение тока

Следовательно, включение амперметра в цепь тем меньше меняет ток в цепи, чем меньше отношение . Поэтому обычно внутреннее сопротивление амперметраR_A мало.

Вольтметр должен быть подключен к участку, на котором нужно замерить падение напряжения, только параллельно, так как только при таком подключении на клеммах вольтметра возникнет напряжение, близкое к измеряемому. Исходя из законов Ома для полной цепи и участка цепи, запишем напряжение на сопротивлении R₁ (рис. 1.б) в исходной цепи и при подключении в цепь вольтметра: соответственно и. Относительное изменение напряжения на сопротивлении

где . Итак, включение вольтметра тем меньше влияет на напряжение на сопротивлении R₁, чем больше сопротивление вольтметра.

При сборке электрических схем целесообразно измерительные приборы подсоединять уже после того, как вся основная схема собрана. Это позволяет избегать путаницы.