Измерение электрических величии

Измерение токов и напряжений.

Измерение постоянных токов и напряжений.

Измерение малых токов и напряжений до 1 мА и до 1 мВ. Могут быть использованы методы прямого и косвенного измерения. Прямое измере­ние тока заключается в применении чувствительных магнитоэлектрических приборов, в том числе зеркальных гальванометров. Чувствитель­ность микроамперметров составляет 10-6 А, а гальванометров до 10-11 А.

Если необходимо измерить еще более слабые токи, то используют косвенные методы - по заряду, накопленному конденсатором или по па­дению напряжения на высокоомном резисторе. В качестве приборов ис­пользуют баллистический гальванометр (чувствительность 10-12 А) или электрометр (чувствительность 10 -17 А). В последнем случае через провод­ник проходит всего 62 электрона в секунду.

Электрометрами называют приборы высокой чувствительности с очень большим входным сопротивлением (1010 - 1015 Ом). Они представ­ляют собой разновидность электростатического измерительного механиз­ма. На рис. 10.1.1 показана схема квадратного электрометра, содержащего 4 неподвижных электрода в виде квадрантов и одного подвижного элек­трода, подвешенного на растяжке, на которой закреплено отражающее зеркало оптического указателя. Квадранты попарно запитаны от двух источников напряжения U, равных по величине, но противоположных по полярности. Измеряемое напряжение Ux подается на подвижный электрод относительно общей точки. Отклонение подвижной части зависит от про­изведения напряжений UUx ; несмотря на малость Uх за счет большого значения U можно достичь заметного отклонения:

DC

α ═ ─── ─── UUx

W dα

Электрометры обладают очень высокой чувствительностью (до 104 мм/В).

При измерении малых токов по падению напряжения на известном высокоомном сопротивлении ro включают электрометр по схеме рис.10.1.2. а). Здесь U0=IxR0 – измеряемое напряжение. Ключ необходим для сня­тия

заряда с электродов конденсатора электрометра перед началом изме­рения. Возможности такого способа измерения ограничиваются тепловы­ми шумами в резисторе R0 , вызывающими нестабильность нуля.

Измерение электрических величии - student2.ru

Измерение электрических величии - student2.ru

При измерении малых токов по заряду, накопленному известным конденсатором Со , электрометр включают по схеме рис. 10.1.2.б). После размыкания ключа конденсатор С0 заряжается. За время t, отсчитываемое по секундомеру, конденсатор получит заряд Q=Ixt. Напряжение на кон-­
денсаторе

Q Ixt

U0 ═ ───── ═ ──────

C0 +Cэ C0 +Cэ

Если С0 > Сэ , то Ix ≈ U0C0/t .

Более точный, но менее чувствительный способ измерения малых

токов заключается в измерении падения напряжения на образцовом рези­сторе при помощи потенциометра (компенсатора) постоянного тока. При этом можно обеспечить точность 0,5 % при токах не менее 108 А. При­мерно такой же чувствительностью и точностью обладают некоторые цифровые амперметры (пикоамперметры), принцип действия которых сводится к измерению падения напряжения на образцовом резисторе цифровым милливольтметром.

Для измерения малых напряжений используются магнитоэлектриче­ские гальванометры, компенсаторы постоянного тока, цифровые микро­вольтметры и стрелочные милливольтметры (самостоятельно или в соче­тании с электронным усилителем).

Стрелочные магнитоэлектрические милливольтметры могут изме­рять напряжения начиная с 10-4 В при классе точности 0,2-0,5.

Чувствительность гальванометров гораздо выше - до 10-7 – 10-8 В при таком же классе точности.

Потенциометры (компенсаторы) превосходят гальванометры по точности и входному сопротивлению, но уступают по чувствительности: 10-5 - 10-6 В. Примерно такие же возможности цифровых милливольтмет­ров: 10-5 В, 0,5%.

Для измерения очень слабых напряжений, порядка 10-7 В, использу­ют также серийные нановольтметры на базе фотогальванометрического усилителя. Электронные микровольтметры имеют хуже чувствительность, но значительно большее входное сопротивление.

Измерение средних значений постоянных токов и напряжений 10 мA - 100 А, 1 мВ - 600 В наиболее часто встречается в метрологической практике. Используются прямые и косвенные методы измерения токов, и только прямые методы измерения напряжений. В указанном диапазоне работают электромеханические стрелочные приборы различных систем, а также многие электронные и цифровые приборы.

Магнитоэлектрические приборы могут измерять непосредственно токи от 1 мкA – до 6 к А, а напряжения от 1 мВ до 1,5 кВ. Обычный класс точности 0,1 – 0,2. Обладают малым потреблением мощности.

Электродинамические приборы измеряют токи от 10 мА до 100 А и напряжение от 100 мВ до 600 В. По точности эквивалентны магнитоэлек­-
трическим приборам, но потребляют гораздо большую мощность и имеют
неравномерную шкалу.

Электромагнитные приборы могут измерять токи от 10 мА до 200А и напряжения от 1 В до 75 В. Классы точности 0,2 - 0,5. Главное их пре­имущество - нткая стоимость.

Электростатические вольтметры работают в диапазоне от 10 В до сотен кВ с классами точности 0,5 - 1,5. Эти приборы очень сложны, доро­гие и выпускаются в малом количестве. Используются в тех случаях, ко­гда недопустимо потребление энергии от измеряемой цепи.

Электронные приборы имеют широкий диапазон измерении, но не­высокую точность: классы 0,5 - 1,0 для лучших образцов.

Наиболее точное измерение можно осуществить с помощью потен­циометров (компенсаторов) постоянного тока (класс точности 0,001-0,002) и цифровых вольтметров и амперметров (класс точности 0,005-0,02).

Измерение больших постоянных токов и напряжений - килоамперы и киловольты.

Магнитоэлектрические амперметры используются с шунтами, кото­рые выпускаются на токи до 10 кА. При больших токах используют не­сколько параллельно соединенных однотипных шунтов. В том случае, ко­гда хотят гальванически отделить прибор от силовой цепи, применяют измерительные трансформаторы постоянного тока.

Можно разработать специальные нестандартные приборы для кос­венного измерения больших токов по создаваемому ими магнитному по­лю.

Магнитоэлектрические вольтметры с добавочными сопротивления­ми используются для измерения напряжений до 6 кВ. При больших на­пряжениях необходимо использовать трансформаторы постоянного на­пряжения или вольтметры электростатической системы, работающие в диапазоне до 300 кВ.

Наши рекомендации