Измерение силы тока, расширение пределов измерения
§ 72. ИЗМЕРЕНИЕ СИЛЫ ТОКА. РАСШИРЕНИЕ ПРЕДЕЛОВ ИЗМЕРЕНИЯ
Для измерения силы тока в электрических цепях служат амперметры, миллиамперметры и микроамперметры различных систем. Их включают в цепь последовательно, и через прибор проходит весь ток, протекающий в цепи.
При различных электрических измерениях весьма важно, чтобы измерительный прибор как можно меньше изменял электрический режим цепи, в которую его включают. По этой причине амперметр должен обладать незначительным сопротивлением по сравнению с сопротивлением цепи. Пусть в электрическую цепь включен источник электрической энергии, напряжение которого U = 10 в. Сопротивление потребителя rп=20 ом. В этой цепи, согласно закону Ома, ток
Допустим, что обмотка миллиамперметра, которым следует измерить ток, имеет сопротивление
rа=30 ом. Тогда при включении прибора в цепь в ней установится ток
Таким образом, если включить в цепь прибор с большим сопротивлением, то нарушится ее электрический режим и сила тока будет измерена с ошибкой на 0,3 а.
Этот пример подтверждает, что желательно измерять силу тока в цепи таким прибором, у которого собственное сопротивление наименьшее. Присоединять амперметр к полюсам источника тока без нагрузки нельзя. Это объясняется тем, что по обмотке амперметра, имеющей малое сопротивление, в данном случае пройдет большой ток и она может перегореть. По той же причине нельзя включать амперметр параллельно нагрузке. По обмотке и отдельным элементам электроизмерительных приборов некоторых систем во избежание возможности их порчи нельзя пропустить сколько-нибудь значительный ток. В частности, это относится к спиральным пружинам и подвижной катушке магнитоэлектрического прибора.
Если такой измерительный прибор нужно приспособить для измерения значительной силы тока — расширить пределы измерения амперметра, та он снабжается шунтом.
Шунт — это относительно малое, но точно известное сопротивление (rш), присоединяемое параллельно измерительному механизму. Схема включения амперметра с шунтом показана на рис. 84. При таком включении шунта из n частей тока, протекающего в цепи, через прибор проходит лишь одна его часть, а через шунт — остальные n-1 частей.
Это происходит потому, что сопротивление шунта меньше сопротивления амперметра n — 1 раз. Число n показывает, во сколько раз нужно увеличить предел измерения амперметра. Таким образом, шунт служит для расширения пределов измерения прибора.
Пусть амперметр позволяет измерять силу тока Iа = 5 а, а в данном случае необходимо этим прибором измерить силу тока I=30 а. Значит, нужно увеличить предел измерения прибора в
раз. Сопротивление шунта, который надо присоединить параллельно амперметру, чтобы обеспечить такое расширение предела измерения, можно определить по формуле:
Если сопротивление амперметра rа = 0,15 ом, то сопротивление шунта
После присоединения шунта к прибору каждое деление шкалы прибора будет соответствовать величине, в n раз большей, чем указана на ней. В нашем случае, если стрелка прибора с шунтом установится на делении 5, это значит, что в цепи протекает ток I=5xn = = 5×6= 30 а.
Шунт должен иметь четыре зажима, это необходимо для устранения влияния на сопротивление шунта переходных сопротивлений контактов. Шунты изготовляют из манганина — сплава, у которого температурный коэффициент сопротивления практически равен нулю.
Источник
БЛОГ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА
Блог судового электромеханика. Электроника, электромеханика и автоматика на судне. Обучение и практика. В помощь студентам и специалистам
16.03.2015
Устройства для расширения пределов измерений приборов
В практике электрических измерений встречается необходимость измерить токи, напряжения и другие величины в очень широком диапазоне их значений. Обмотки приборов магнитоэлектрической и динамической систем допускают ток до 30 мА, электромагнитной — до 10 А.
Для расширения пределов измерений приборов применяют различные устройства: в цепях постоянного тока — шунты и добавочные резисторы, в цепях переменного тока — измерительные трансформаторы тока и напряжения.
Шунт (рис. 1,а) представляет собой резистор, включаемый в цепь измеряемого тока.
Параллельно резистору присоединяется амперметр. Шунт имеет очень небольшое сопротивление, и по нему проходит почти весь ток, тогда как к амперметру подводится лишь падение напряжения на зажимах шунта и, следовательно, через прибор протекает небольшая часть измеряемого тока.
где р — шунтирующий множитель т. е. коэффициент, показывающий, во сколько раз необходимо расширить пределы измерения амперметра.
Из последнего выражения можно определить:
Из равенства следует, что для расширения пределов измерения силы тока в р раз сопротивление шунта должно быть в р — 1 раз меньше сопротивления амперметра.
Добавочные резисторы (рис. 1,б) включаются последовательно с вольтметром с таким расчетом, чтобы общее падение напряжения на зажимах обмотки прибора и добавочного резистора возросло, что позволяет измерять большие напряжения. Измеряемое напряжение равно сумме падений напряжений на вольтметре и на добавочном резисторе:
Таким образом, для расширения пределов измерения вольтметра в n раз добавочный резистор должен иметь сопротивление в n — 1 раз больше, чем сопротивление вольтметра.
Добавочные резисторы выполняют из константановой проволоки или манганинового сплава.
Источник
5. Расширение пределов измерений амперметров и вольтметров
Расширение предела измерения амперметра производится с помощью шунта. Шунт – это резистор, подключенный параллельно зажимам амперметра в цепь измеряемого тока и обладающий малым омическим сопротивлением (рис.1.1).
Рис. 1.1. Схема включения шунта
Сопротивление шунта рассчитывается следующим образом.
, (1.8)
где 
,
– расширенный предел измерения,
– исходный предел измерения амперметра;
– внутреннее сопротивление амперметра;n – коэффициент расширения предела измерений.
Расширение предела измерения вольтметра производится с помощью добавочного резистора.
Добавочным называется резистор, включенный последовательно с вольтметром и обеспечивающий расширение предела измерения напряжения (рис.1.2).
Рис. 1.2. Схема включения добавочного резистора
Значение сопротивления добавочного резистора определяется по формуле
, (1.9)
где 
; 
– расширенный предел измерения; 
– исходный предел измерения вольтметра;RV – внутреннее сопротивление вольтметра; m – коэффициент расширения предела измерений.
6. Примеры решения задач
Задача 1.1. Выразить значения ФВ в дольных и кратных единицах:
а) тока 0,05 А и 0,086 мА в микроамперах,
б) частоты 410 8 Гц и 250 кГц в мегагерцах.
Решение. Используя множители, соответствующие кратным и дольным единицам физических величин, выразим:
а) I = 0,05 А = 5010 3 10 -6 А= 5010 3 мкА;
I = 0,086 мА= 8610 -6 А = 86 мкА;
б) f = 410 8 Гц = 40010 6 Гц = 400 MГц;
f = 250 кГц = 0,2510 6 Гц = 0,25 МГц.
Задача 1.2. Показания прибора равны Uпок = 73,7538 В. Абсолютная погрешность СИ составляет ∆ = ±2,623 В. Записать правильно результат измерений.
Решение. В соответствии с правилами округления произведем округление значения абсолютной погрешности. Первая значащая цифра – «2», поэтому необходимо оставить две значащих цифры, причем округление выполняем в сторону увеличения абсолютного значения (модуля), то есть
Число, выражающее результат измерений, округляем до того же десятичного знака, что и округленное значение абсолютной погрешности. При этом, так как округляемая цифра равна «5», но за ней следуют цифры отличные от нуля, то последнюю сохраняемую цифру увеличиваем на «1», то есть
.
Правильная запись результата: 
Задача 1.3. При измерении напряжения сигнала стрелка вольтметра установилась на отметке 50 В. Вольтметр имеет равномерную шкалу от 0 до 100 В. Класс точности прибора – 1,0. Определить максимальные значения абсолютной, относительной и приведенной погрешностей вольтметра. Считая, что погрешность измерения полностью определяется погрешностью средства измерения, записать результат измерения.
Решение. Класс точности вольтметра (согласно таблице 1.5) соответствует пределу допускаемой приведенной погрешности, то есть 
.
По определению 
, следовательно,
.
При равномерной шкале и нулевой отметке на краю диапазона измерений нормирующее значение XN определяется верхним пределом измерения (100 В).
Тогда 
.
Исходя из определения относительной погрешности,
Задача 1.4. Решить задачу 1.3, если класс точности вольтметра
Другие условия задачи сохраняются.
Решение. При указанном обозначении класс точности соответствует пределу допускаемой относительной погрешности, то есть 
Так как 
, то
,
где X − значение измеренного вольтметром напряжения.
.
Результат измерения: Ux = 50,0 В 0,5 В.
Задача 1.5. Решить задачу 1.3, если класс точности вольтметра обозначается
. Другие условия задачи сохраняются.
Решение. При указанном обозначении класса точности
=
Абсолютная погрешность равна 
.
,
Результат измерения Ux= 50,000 В 0,015 В.
Задача 1.6. Определить сопротивление шунта Rш к миллиамперметру со шкалой 050 мА и внутренним сопротивлением RA = 100 Ом для расширения предела измерения до 800 мА.
Решение. Сопротивление шунта определяется по формуле
, 
где 
– расширенный предел измерения, 
– исходный предел измерения миллиамперметра.
Подставив численные значения, получим
.
Задача 1.7. Определить добавочное сопротивление к милливольтметру со шкалой 030 мВ и сопротивлением Rд = 25 кОм для расширения его предела измерений до 6 В.
Решение. Добавочное сопротивление определяется по формуле
,
где 
;Uпp – расширенный предел измерения, UV – исходный предел измерения милливольтметра.
Подставив численные значения, получим
Задача 1.8. Определить внутреннее сопротивление амперметра методом вольтметра-амперметра, если: вольтметр В7-15 с классом точности 2,5 показал 15 В на пределе 30 В; амперметр с классом точности 1,5 показал 30 мА на пределе 50 мA. Оценить относительную погрешность косвенного метода измерения сопротивления данным методом.
Решение: Рассчитать сопротивление исследуемого прибора, зная значения силы тока и напряжения, можно по закону Ома
.
Подставив численные значения, получим
.
Погрешность измерений при косвенном измерении определяется погрешностью измерения значения напряжения и силы тока
,
где δA – относительная погрешность измерения тока; δV – относительная погрешность измерения.
Расчет относительной погрешности измерения напряжения вольтметром
; 
;
.
Расчет относительной погрешности измерения тока амперметром
Источник
