Магнитоэлектрические амперметры

Магнитоэлектрические амперметры применяются при прямых измерениях постоянного тока путем включения измерительного прибора непосредственно в цепь с измеряемым током Ix. Измерительная схема представлена на рис. 3.3, а, где Rн – сопротивление нагрузочного резистора, Rа – внутреннее сопротивление амперметра, состоящее из сопротивления катушки и токопроводящих пружин.

Рис. 3.3. Схемы включения магнитоэлектрических амперметров

Как видно из рис. 3.3.а, включение амперметра изменяет режим цепи, что приводит к появлению методической погрешности измерения тока ΔIx. Эта погрешность тем меньше, чем меньше потребление амперметром мощности от источника Ux, что в свою очередь зависит от внутреннего сопротивления амперметра Ra.

Для оценки методической погрешности воспользуемся очевидными соотношениями:

Ix =; Iи = ;

Здесь Ix – действительное значение тока (до включения амперметра), Iи - результат измерения.

В таком случае, относительная погрешность измерения, связанная с методом измерения определится по формуле

δ_I = = = - (3.13)

Из 3.13 следует, что значением методической относительной погрешности можно пренебречь только тогда, когда Ra « Rн. Но поскольку такая погрешность систематическая и заранее известна, то она может быть исключена из результата измерений с помощью поправки.

Для расширения предела измерения амперметра используют измерительные шунты, которые представляют собой резистор и включаются параллельно амперметру. Измерительная схема амперметра с шунтом изображена на рис.3.3, б. Для этой схемы справедливы соотношения

Iш = Ix - Ia (3.14)

Iш Rш = Ia Ra

Для того, чтобы рассчитать величину сопротивления шунта необходимо знать, во сколько раз измеряемый ток Ix‗превышает максимально возможный ток амперметра Ia, т.е. необходимо определить коэффициент расширения n = Ix‗/ Ia. Зная величину n и используя соотношения 3.14, получаем

Rш = (3.15)

Шунты бывают переносные и встроенные, могут быть также одно-и многопредельные. Требования к шунтам регламентируются ГОСТом.

С помощью амперметров магнитоэлектрической системы можно также измерять очень малые токи. Для этого повышают их чувствительность S_I. Конструктивно это выполняют с помощью уменьшения момента противодействия Мп путем замены противодействующих пружин на упругие нити, также увеличением величин В, s и ω. Такие приборы называются гальванометрами.

Магнитоэлектрические вольтметры

Магнитоэлектрические вольтметры образуются из амперметров с помощью добавочных резисторов, включаемых последовательно с измерительным механизмом. Вольтметр подключается к тем точкам цепи, между которыми необходимо измерить напряжение. Схема включения вольтметра изображена на рис. 3.5. На рис. 3.5, а изображена схема измерения для случая, когда значение измеряемого напряжения Ux‗ находится в пределах диапазона измерения вольтметра

Рис. 3.4. Схемы включения вольтметров

Из рис. 3.4, а видно, что через вольтметр протекает ток I_V = Согласно формуле 3.11 можно записать, что стрелка измерительного прибора отклонится на угол

α = = (3.16)

где величина

= Sv (3.17)

по определению (см. формулу для чувствительности прибора) является чувствительностью вольтметра.

Сопоставление формул 3.16, 3.17 и аналогичных для амперметра 3.11, 3.12 показывает, что все свойства и достоинства амперметров распространяются и на вольтметры.

Из рис. 3.4 видно, что за счет шунтирующего действия входного сопротивления вольтметра измеренное значение напряжения U_x всегда меньше действительного его значения. По аналогии с формулами для амперметра (3.14) можно получить выражение для относительной методической погрешности измерения напряжения

δ_V = - (3.18)

Из формулы 3.18 видно, что относительной методической погрешностью δ_V можно пренебречь при условии, что Rv » Rн и Rv » R_о. Таким образом, чтобы погрешность измерения напряжения была минимальной, необходимо, чтобы входное сопротивление вольтметра было намного больше выходного сопротивления того участка цепи, где оно измеряется. Такая методическая погрешность может быть устранена, но при этом необходимо знать не только сопротивление нагрузки, но и R_о.

Для расширения пределов измерений вольтметров применяются добавочные сопротивления, которые включаются последовательно с вольтметром (рис. 3.4, б). Можно по аналогии с амперметрами доказать, что при известном сопротивлении вольтметра Rv и заданном коэффициенте расширения m = U_x/U_V требуемое добавочное сопротивление определяется из соотношения

Rд = Rv(m – 1) (3.19)