ЕЛЕКТРОТЕХНІКА У БУДІВНИЦТВІ

Вимірювання струму і напруги

Як було відзначено в розділі 7.4.1, для вимірювання струму в елементі кола (рис. 8.1,а) послідовно з ним включають амперметр (рис. 8.1,б).

При вимірюванні малих постійних струмів (менше 10 А) використову­ють прямі й непрямі методи вимірювання. У першому випадку струм вимірю-

ють стрілочними магнітоелектричними приладами, для збільшення чутливості яких звичайно застосовують підсилювачі постійного струму.

Більш точним є непряме вимірювання струму, при якому у вимірювальне коло включають зразковий резистор з опором R0 і на ньому вимірюють падіння напруги компенсаційним методом. На рис. 8.2 показана принципова схема вимі­рювання невідомої напруги Ux за компенсаційним методом. У верхньому контурі під дією ЕРС допоміжного джерела живлення Едоп створюється робочий струм Ір. Його значення регулюють резистором R^ і вимірюють амперметром рА. У ниж­ньому контурі вимірювана невідома напруга Ux урівноважується падінням напру­ги на резисторі Кк, що компенсує, шляхом зміни положення движка б. При ком­пенсації, коли Ux = R' IP, струм у нульовому індикаторі НІ стає рівним нулю, що відповідає нескінченно великому вхідному опору вимірювального пристрою.

Компенсаційне вимірювальне коло не відбирає енергію від об'єкта вимі­рювання. Знаючи R'K і Ір, можна визначити Ux.

Пристрої, що реалізують компенсаційний метод вимірювання, називають потенціометрами. В останніх робочий струм встановлюється не за показанням ам­перметра, а компенсаційним методом з використанням нормального елемента, ЕРС Ене якого відома з високим ступенем точності (рис. 8.3). Регулюванням опору резистора R^ домагаються відсутності струму в нульовому індикаторі НІ (поло­ження перемикача 1). У цьому випадку справедлива рівність

R^Ip= Ене, (8.7)

де Rn - опір зразкового резистора.

Оскільки ЕРС нормального елемента й опір RN відомі з високою точніс­тю, значення струму •Ip = En&/RN також відоме з високою точністю.

При положенні 2 перемикача вимірювана напруга Ux зрівнюється з ком­пенсуючою напругою UK, яка створюється струмом Ір у компенсуючому резис­торі RV. При відсутності струму в НІ напруга Ux урівноважена напругою UK, тобто

R'

' 'Ене. (8.8)

N

З (8.19) видно, що точність вимі­рювання Ux, при такому методі вимірю­вань визначається точністю величини UK, точністю його порівняння з Ux, тобто чутливістю НІ, незмінністю робочого струму /р - стабільністю Едоп. В свою чергу, точність UK залежить від точності виготовлення резисторів RK. Останні в сучасних потенціометрах виконують у вигляді високостабільних багатодекад - них магазинів опору. Промисловість ви­пускає потенціометри, які мають класи точності: 0,0005; 0,001; 0,002; 0,005; 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5. Максималь­на напруга, вимірювана потенціометром безпосередньо, становить 2,12111 В.

3 2

Постійні струми порядку 10 - 10 А вимірюють також прямими й непря­мими методами. При прямих вимірюваннях використовують прилади магніто­електричної, електромагнітної й електродинамічної систем, а також електронні аналогові й цифрові прилади. При непрямих вимірюваннях струм визначають за вимірюваним падінням напруги на зразковому резисторі за допомогою поте­нціометрів постійного струму і цифрових вольтметрів.

Вимірювання великих постійних струмів (понад 100 А) звичайно здійс­нюють амперметрами магнітоелектричної системи з використанням шунтів.

При вимірюванні змінних струмів слід пам'ятати, яке значення струму вимірюється конкретним приладом: діюче, амплітудне або середнє. Це викли­кано тим, що всі прилади, як правило, градуюють у діючих значеннях синусої­дального струму, а рухомі частини вимірювальних механізмів різних систем реагують на значення величин, відмінні від діючих.

Змінні струми до 100 мкА вимірюють цифровими мікроамперметрами, струми понад 100 мкА - випрямними мікроамперметрами. Для вимірювання змінних струмів у діапазоні 10 мА - 100 А використовують електромагнітні, електродинамічні й випрямні прилади, які працюють у частотному діапазоні до десятків кілогерц, і термоелектричні прилади в діапазоні частот до сотень мега­герц. Вимірювання великих змінних струмів здійснюють тими ж приладами, але з використанням вимірювальних трансформаторів струму.

Змінні струми вимірюють і непрямим шляхом. У цьому випадку зразко­вий резистор включають послідовно у вимірювальне коло, а падіння напруги на ньому вимірюють за допомогою вольтметрів. Точність вимірювання при цьому зростає.

При прямому й непрямому вимірюваннях струму включення у вимірюва­не коло вимірювальника з внутрішнім опором Ra змінює режим роботи дослі­джуваного кола. На рис. 8.1 показані схеми кола до і після включення амперме­тра. Струм / після включення вимірювальника стає рівним /А. Відносне вимі­рювання струму в цьому випадку характеризують похибкою методу вимірю­вання або методичною похибкою вимірювання струму :

81 =------------- ;— , (8.9)

1 1 + RBx, A / Ra ’ V '

тобто включення амперметра зменшує вимірюваний струм на значення, що залежить від відношення R^a /Ra.

7 8

При вимірюванні малих постійних напруг (порядку 10 - 10 В) викорис­товують магнітоелектричні гальванометри. Більш точні результати при вимі­рюванні напруг у діапазоні 1 - 1000 мкВ одержують за допомогою потенціоме­трів постійного струму й цифрових мікровольтметрів.

Значення постійних напруг від десятків мілівольт до сотень вольт вимірю­ють приладами магнітоелектричної, електродинамічної, електромагнітної систем, електронними аналоговими й цифровими вольтметрами, потенціометрами постій­ного струму з використанням додаткових резисторів і дільників напруги. Для ви­мірювання постійних напруг до декількох кіловольт застосовують в основному електростатичні вольтметри, а також прилади інших систем з дільниками напруги.

Малі змінні напруги (до одиниць вольт) вимірюють за допомогою прила­дів випрямної системи, аналоговими електронними вольтметрами. Більш висо­ку точність одержують при вимірюванні напруг потенціометрами змінного струму, цифровими вольтметрами.

Для вимірювання змінних напруг від одиниць до сотень вольт у діапазоні частот до десятків кілогерц використовують прилади електромагнітної, елект­родинамічної і випрямної систем, потенціометри змінного струму. У діапазоні частот до десятків мегагерц напругу вимірюють приладами електростатичної і термоелектричної систем, цифровими вольтметрами.

Для вимірювання великих змінних напруг використовують ті ж прилади, але із застосуванням вимірювальних трансформаторів напруги.

При підключенні вимірювальника напруги до ділянки електричного кола з опором R (рис. 8.4) змінюється режим її роботи. Напруга на цій ділянці стає рівною UV. Відносну зміну напруги характеризують похибкою методу вимірю­вання або методичною похибкою вимірювання напруги:

-1

8=івдх; ■ (8Л0)

тобто включення вольтметра зменшує вимірювану напругу на значення, що за­лежить від відношення Rv/R^.v. Відзначимо, що вимірювання напруги потен­ціометром не має методичної похибки вимірювання напруги.