Измерение постоянных токов и напряжений

Тема 5. Измерение токов и напряжений

Лекция 9. Единство и различие амперметров и вольтметров

Всякий измерительный прибор при его использовании не должен изменятьпараметры и режим работы объекта измерения. Это основное требование, предъявляемое к любому измерительному прибору, поэтому амперметр должен обладать, возможно, меньшим сопротивлением, так как ток в цепи до включения амперметра (рис. 5.1 а)

I_x = ,

а после его включения

= ,

где U — напряжение цепи; R — сопротивление цепи; R_A — сопротивление амперметра.

Лишь при R_A << R имеем I_x = .

Вольтметр, наоборот, должен обладать, возможно, большим сопротивлением. Действительно, положим, что необходимо измерить падение напряжения на сопротивлении R с помощью вольтметра сопротивлением R_V (рис. 5,1 б). До включения вольтметра падение напряжения на R было

U_x + IR = ,

где I — ток в цепи; U — напряжение источника тока; R₀ — сопротивление всей цепи без сопротивления R. После включения вольтметра получаем

= U .

Если R_V >> R, то = U_x.

Вместе с тем измерительный механизм может быть использован в качестве амперметра и вольтметра. Отклонение подвижной части измерительного механизма является непосредственной функцией тока, протекающего через измерительный механизм:

α = f(I_V).

При включении измерительного механизма в качестве вольтметра ток

I_V = ,

где U_x — измеряемое напряжение; R_V — сопротивление цепи измерительного механизма. Если R_V = const, то

α = f = f₁(U_x).

Таким образом, принципиального или конструктивного различия между амперметром и вольтметром нет. Их различия состоят лишь в требованиях, предъявляемых к их сопротивлению, что вызывает различия в параметрах измерительного механизма и структуре измерительной цепи прибора.

Измерение постоянных токов и напряжений

В большинстве случаев измерение постоянных токов и напряжений осуществляется с помощью магнитоэлектрических приборов. Магнитоэлектрические амперметры являются сочетанием милливольтметра с шунтом, а вольтметры — миллиамперметра с добавочным сопротивлением.

Магнитоэлектрические приборы принадлежат к наиболее точным приборам непосредственной оценки. Они выпускаются в качестве лабораторных приборов классов 0,1; 0,2 и 0,5, а также как щитовые приборы классов 1,0 и 1,5.

Магнитоэлектрические лабораторные приборы, как правило, выпускаются универсальными и многопредельными. Схема измерительной цепи комбинированного вольтметра/амперметра приведена на (рис. 5.2). При включении прибора на зажимы «+» и «I» он работает в качестве амперметра с внутренними шунтами на 0,15; 0,3; 1,5 и 3А. При включении на зажимы «+» и «U» прибор является вольтметром с добавочными сопротивлениями на 3; 15; 30 и 150В. К зажимам «+» и «45мВ» можно включать отдельные (наружные) шунты, рассчитанные на падение напряжения в 45мВ при номинальном токе. К зажимам «+» и «3мА» (1000Ом) можно подключать отдельные (наружные) добавочные резисторы, рассчитанные на номинальный ток вольтметра 3мА. Остальные резисторы измерительной цепи необходимы для компенсации температурной погрешности прибора.

Приборы электродинамической системы предназначены для измерения токов от 10мА до 100А и напряжений от 100мВ до 600В. По точности они эквивалентны приборам магнитоэлектрической системы, но потребляют значительно большую мощность и имеют неравномерную шкалу.