4.5.2. Схемы включения

Для измерения напряжения и других величин, функционально с ним связанных (например, мощности), применяются электрометры – приборы с тремя электродами, находящимися под разными потенциалами. Наиболее распространены квадрантные электрометры с подвижными электродами – бисквитом и двумя парами неподвижных электродов – квадрантов (противоположные квадранты электрически соединены между собой). В электрометрах можно использовать напряжение вспомогательного источника, что позволяет повысить чувствительность при измерениях на постоянном токе (потенциала, заряда). Применяют три схемы включения.

При двойном включении:

Рис. 4.26. Электрометр с двойным включением

Одна пара квадрантов соединяется с подвижными электродом (зажимы А и Б), а другая заземляется (зажимы В и Э). Измеряемое напряжение U_x прикладывается между неподвижными электродами и выполняет функцию вспомогательного напряжения. В этом случае электрометр представляет собой электростатистический вольтметр с квадратичным характером шкалы.

При бисквитном включении:

Рис.4.27. Электрометр с бисквитным включением

На подвижный электрод (зажим А) подается измеряемое напряжение U_x, а на неподвижные электроды (зажимы Б и В) вспомогательное напряжение от дополнительного источника питания (того же рода, что и измеряемое напряжение, постоянное или переменное). Симметричный делитель r-r образует искусственную общую среднюю точку, с которой соединяется второй полюс источника измеряемого напряжения U_x и экран прибора. В этом случае вращающий момент Х, то есть пропорционален U_x (при постоянном напряжении), и шкала электрометра равномерна.

При квадрантном включении:

Рис.4.28. Электрометр с квадрантным включением

На подвижный электрод (зажим А) подается вспомогательное напряжение U_х, а на одну пару квадрантов (зажим В) – измеряемое напряжение U_х. Другая пара квадрантов заземляется, и, следовательно, вращающий момент Х. Квадрантный электрометр по схеме бисквитного включения применяется также для измерения мощности. В этом случае включение следующее:

Рис. 4.29. Электрометр для измерения мощности

На обе пары квадрантов 2 и 3 подается напряжение U_М с шунта R_М, по которому протекает ток I измерительной цепи, а подвижный электрод 1 подключается к напряжению U измеряемой цепи. При этом вращающий момент электрометра пропорционален UU_М cos A, (А – угол поворота между напряжениями), то есть его можно использовать в качестве ваттметра. К сожалению показания прибора пропорциональны не непосредственно измеряемой мощности нагрузки, а сумме этой мощности и половине мощности потерь в шунте, то есть показания прибора необходимо вводить поправку.

Вольтметры на низкие напряжения (с пределами измерений 30-500 В) имеют защитное сопротивление, страиваемое внутрь прибора и ограничивающее ток при случайном замыкании электродов.

Рис. 4.30. Вольтметр на низком напряжении

В таких вольтметрах расстояние между электродами – пластинами очень мало (десятые доли мм), поэтому при случайных толчках и ударах возникает опасность короткого замыкания электродов. Значение защитного сопротивления рассчитывают исходя из допустимого тока через растяжки при замыкании электродов

r₃ = 1,5 U_ном/I_p ,

где U_ном – третий предел измерений вольтметра.

I_p – допустимый ток в растяжках.

Вольтметр включается в сеть с помощью зажимов А и Б. Подвижный электрод соединен с экраном. При высокой частоте (выше 300 кГц) из-за большой погрешности за счет емкостного тока защитное сопротивления отключается (при этом вольтметр включается в сеть посредством зажимов А и Э). Вольтметры на высокое напряжение (от 600 В и выше) защитных сопротивлений не имеют, а расстояния между электродами этих приборов велики.

Рис. 4.31. Вольтметр на высоком напряжении