2.3.7 Фотоэлектрические амперметры

В фотоэлектрических амперметрах под действием измеряемого тока нагревается нить измерительной лампы, а световой поток, излучаемый лампой, попадает на фотоэлектрический преобразователь, где преобразуется в электрический ток, усиливается и регистрируется магнитоэлектрическим амперметром, проградуированным в значениях среднеквадратического тока.

Достоинством таких амперметров является высокая точность благодаря возможности градуировки на постоянном токе или токе низкой частоты, вследствие чего они широко применяются для измерения высокочастотный токов.

Фотоэлектрические амперметры входят в состав поверочных установок и государственного специального эталона единицы силы переменного тока.

2.3.8 Расширение пределов измерения силы тока

Для расширении пределов измерения постоянного тока применяют шунты – резисторы, включаемые параллельно амперметру (рисунок 2.4).

Рисунок 2.4 – Схема включения амперметра с шунтом

Выбор сопротивления шунта для данного прибора зависит от коэффициента расширения пределов измерения n = I / I_a, где I_а – максимальный ток отклонения подвижной части измерительного механизма без шунта, I – предел измерения с подключенным шунтом. Отсюда сопротивление шунта будет равно

, (2.24)

где R_а – внутреннее сопротивление измерительного механизма.

Погрешность амперметра с шунтом возрастает из-за неточности изготовления шунтов и различных ТКС катушки амперметра и шунта. Классы точности амперметров с шунтами – 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5.

При использовании шунтов на переменном токе возникают дополнительные частотные погрешности, и в этом случае для расширения пределов измерения тока применяют измерительные трансформаторы тока (особенно для больших токов). Первичная обмотка трансформатора содержит малое количество витков и включается последовательно с нагрузкой. Вторичная обмотка содержит большое число витков и подключается к амперметру.

Номинальный коэффициент трансформации

, (2.25)

где I_1н и I_2н – номинальные токи в первичной и вторичной обмотках; w₁ и w₂ –число витков соответствующих обмоток. Отсюда можно найти измеряемый ток. С помощью применения трансформаторов тока можно измерять токи в первичной цепи от 0,1 А до 60 кА.

Следует отметить, что при использовании трансформаторов тока необходимо заземление!

Источниками погрешностей в данном случае будут потери при преобра-зовании тока.

Классы точности амперметров с измерительными трансформаторами – 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 3; 5; 10.

2.3.9 Методическая погрешность при измерении силы тока

При включении амперметра в цепь изменяется режим работы цепи, так как амперметр потребляет некоторую мощность, что приводит к появлению методической погрешности. Схема включения амперметра в измерительную цепь изображена на рисунке 2.5.

Рисунок 2.5 – Схема включения амперметра в измерительную цепь

До включения амперметра в измерительную цепь ток в цепи (действительное значение тока) равен

, (2.26)

где U – падение напряжения на нагрузке, R_н – сопротивление нагрузки.

После включения амперметра в цепь ток в цепи (измеренное значение) будет равен

, (2.27)

где R_а – внутреннее сопротивление амперметра.

Относительная погрешность измерения в этом случае будет равна

. (2.28)

Минус показывает, что измеренное значение тока меньше действительного.

Из полученного уравнения видно, что для минимизации методической погрешности при измерении силы тока необходимо, чтобы R_a  R_н, следовательно, при конструировании амперметров необходимо стремиться к снижению внутреннего сопротивления амперметра.

Эта погрешность является систематической и может быть исключена из результатов измерения введением поправки.