9. Измерение токов и напряжений

9.1. Измерение постоянных токов

На практике возникает необходимость измерения постоянных токов в диапазоне 10^-11…10⁵А. Условно этот диапазон принято подразделять на 3 поддиапазона: малые токи (10^-11…10^-2А), средние токи (10^-2…10³А) и большие токи (свыше 1000 А).

Измерение малых токов. Высокочувствительные приборы с магнитоэлектрическими измерительными механизмами, используемые для измерения малых токов, называются гальванометрами. Наибольшей чувствительностью обладают зеркальные гальванометры. Однако они очень чувствительны к вибрациям пола и стен помещения, что затрудняет измерения и снижает точность. Стрелочные гальванометры используют для измерения токов 10^-8…10^-6А. Приборы, используемые для измерения токов в интервале 10^-6…10^-3А, называются микроамперметрами, а в интервале 10^-3…10^-1А – миллиамперметрами. Они имеют классы точности от 0.1 до 1.0 и могут быть как стационарными, так и переносными. Переносные приборы классов 0.1; 0.2 и 0.5 обычно многопредельные.

Высокая точность измерения малых токов может быть достигнута при использовании потенциометра с высокоточным шунтом (рис. 9.1). Величину тока находят по измеренному значению падения напряжения на шунте и известному сопротивлению шунта:

. (9.1)

Рис. 9.1. Схема измерения постоянного тока потенциометром (RS – шунт, Р – потенциометр)

Измерение средних токов. Для измерения постоянного тока в этом поддиапазоне используют магнитоэлектрические приборы с шунтами. У приборов с пределами измерения до 10 А шунты обычно расположены внутри корпуса прибора. Шкалы приборов градуированы с учетом имеющегося шунта, каких-либо предупреждающих надписей на шкалы не наносят, переносные приборы обычно выполняют многопредельными. Выбор предела измерения осуществляется переключением секций шунта.

При измерении токов свыше 10 А, как правило, используют наружные шунты, падение напряжения на которых при номинальном токе составляет 75 мВ. На шкалах приборов, градуированных в амперах, обязательна надпись «НШ 75 мВ». Если для измерения используется милливольтметр или потенциометр, величину тока определяют по формуле

,

где U_ш – измеренное падение напряжения на шунте, мВ; I_ном – номинальный ток шунта, А.

Измерение больших токов. Шунты на токи свыше 1000 А получаются излишне громоздкими, и на них выделяется значительная мощность. Так, при токе 10 кА мощность составит 750 Вт. Поэтому многоамперные шунты содержат несколько резистивных элементов в виде манганиновых пластин, соединенных параллельно. Для измерения токов более 10 кА используют специальные измерительные трансформаторы постоянного тока (ТПТ). В сущности, ТПТ не являются трансформаторами, они работают на совершенно ином принципе, но выполняют ту же задачу, что и обычные трансформаторы тока. Промышленность выпускает специальные переносные измерители с ТПТ (токоизмерительные клещи), позволяющие измерять большие токи без разрыва цепи.

9.2. Измерение переменных токов промышленной частоты

Для измерения токов в диапазоне 1 мА – 10 А используют электромагнитные и выпрямительные миллиамперметры и амперметры. Электромагнитные амперметры прямого включения изготовляют и на большие токи (до 500 А), однако измерение токов более 10 А производят обычно с использованием трансформаторов тока.

В трехфазных цепях благодаря рациональным схемам удается сократить число трансформаторов тока. Так, в трехпроводных цепях для измерения линейных токов достаточно двух трансформаторов (рис. 9.2, а). Поскольку , амперметр РА3 покажет действующее значение геометрической суммы , равное току I_2A.

Рис. 9.2. Схемы измерения токов в трехфазных сетях

В четырехпроводной цепи (рис. 9.2, б) показание амперметра РА4 соответствует току нейтрального провода ( ), что позволяет обойтись только тремя трансформаторами тока.