Меры основных электрических величин

Введение

 

Развитие науки и техники всегда было тесно связано с прогрессом в области измерений. Большое значение измерений для науки подчёркивали некоторые учёные.

Г. Галилей: «Измеряй всё доступное измерению и делай доступное всё недоступное ему».

Д.И. Менделеев: «Наука начинается с тех пор, как начинают измерять, точная наука немыслима без меры».

Кельвин: «Каждая вещь известна лишь в той степени, в какой её можно измерить».

Измерения являются одним из основных способов познания природы, её явлений и законов. Каждому, новому открытию в области естественных и технических наук предшествует большое число различных измерений. (Г. Ом – закон Ома; П. Лебедев – давление света).

Важную роль играют измерения в создании новых машин, сооружений, повышении качества продукции. Например, во время испытания стендового крупнейшего в мире турбогенератора 1200 МВт, созданного на Ленинградском объединении «Электросила», измерения производились в 1500 различных его точках.

Особо важную роль играют электрические измерения как электрических так и не электрических величин.

Первый в мире электроизмерительный прибор «указатель электрической силы» был создан в 1745 году, академиком Г.В. Рохманом, соратником М.В. Ломоносова.

Это был электрометр – прибор для измерения разности потенциалов. Однако только со второй половины XIX века в связи с созданием генераторов электрической энергии остро встал вопрос о разработке различных электроизмерительных приборов.

Вторая половина XIX века, начало XX века, – русский электротехник М.О. Доливо-добровольский разработал амперметр и вольтметр, электромагнитный системы; индукционный измерительный механизм; основы ферродинамических приборов.

Тогда же – русский физик А.Г. Столетов – закон изменения магнитной проницаемости, её измерение.

Тогда же – академик Б.С. Якоби – приборы для измерения сопротивления электрической цепи.

Тогда же – Д.И. Менделеев – точная теория весов, введение в России метрической системы мер, организация отделения по проверке электроизмерительных приборов.

1927 год – Ленинград построен первый отечественный приборостроительный завод «Электроприбор» (сейчас – Вибратор выпуск счётчиков).

30 годы – построены приборостроительные заводы в Харькове, Ленинграде, Москве, Киеве и в других городах.

С 1948 по 1967 год объём продукции приборостроения возрос в 200 раз.

В последующих пятилетках развитие приборостроения идёт неизменно опережающими темпами.

Основные достижения:

Аналоговые приборы непосредственной оценки улучшенных свойств;

Узко профильные аналоговые сигнализирующие контрольные приборы;

Прецизионные полуавтоматические конденсаторы, мосты, делители напряжения, другие установки;

Цифровые измерительные приборы;

Применение микропроцессоров;

Измерительный компьютер.

Современное производство немыслимо без современных средств измерений. Электроизмерительная техника постоянно совершенствуется.

В приборостроении широко используется достижения радиоэлектроники, вычислительной техники, и другие достижения науки и техники. Всё чаще применяют микропроцессоры и микро ЭВМ.

Изучение курса «Электрических измерений» ставит цель:

Изучение устройства и принцип действия электроизмерительных приборов;

Классификация измерительных приборов, знакомство с условными обозначениями на шкалах приборов;

Основные методики измерений, подбор тех или иных измерительных приборов в зависимости от измеряемой величины и требования к измерению;

Ознакомление с основными направлениями современного приборостроения.

 

Основные понятия, методы измерений и погрешностей

 

Измерением называется нахождение значений физической величины опытным путём с помощью специальных технических средств.

Измерения должны выполняться в общепринятых единицах.

Средствами электрических измерений называются технические средства, использующиеся при электрических измерениях.

Различают следующие виды средств электрических измерений:

– Меры;

– Электроизмерительные приборы;

– Измерительные преобразователи;

– Электроизмерительные установки;

– Измерительные информационные системы.

Мерой называется средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера.

Электроизмерительным прибором называется средство электрических измерений, предназначенное для выработки сигналов измерительной информации в форме доступной непосредственного восприятия наблюдателя.

Измерительным преобразователем называется средство электрических измерений, предназначенное для выработки сигналов измерительной информации в форме удобной для передачи, дальнейшего преобразования, хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию.

Электроизмерительная установка состоит из ряда средств измерений и вспомогательных устройств. С её помощью можно производить более точные и сложные измерения, поверку и градуировку приборов и т.д.

Измерительные информационные системы представляют собой совокупность средств измерений и вспомогательных устройств. Предназначены для автоматического получения измерительной информации от ряда её источников, для её передачи и обработки.

Классификация измерений:

а). В зависимости от способа получения результата прямые и косвенные:

Прямыми называются измерения, результат которых получается непосредственно из опытных данных (измерение тока амперметром).

Косвенные называются измерения, при которых искомая величина непосредственно не измеряется, а находится в результате расчёта по известным формулам. Например: P=U·I, где U и I измерены приборами.

б). В зависимости от совокупности приёмов использования принципов и средств измерений все методы делятся на методы непосредственной оценки и методы сравнения.

Метод непосредственной оценки – измеряемая величина определяется непосредственно по отсчётному устройству измерительного прибора прямого действия (измерение тока амперметром). Этот метод прост, но отличается низкой точностью.

Метод сравнения – измеряемая величина сравнивается с известной (например: измерение сопротивления путём сравнения его с мерой сопротивления – образцовой катушкой сопротивления). Метод сравнения подразделяют на нулевой, дифференциальный и замещения.

Нулевой – измеряемая и известная величина одновременно воздействуют на прибор сравнения, доводя его показания до нуля (например: измерение электрического сопротивления уравновешенным мостом).

Дифференциальный – прибор сравнения измеряет разность между измеряемой и известной величиной.

Метод замещения – измеряемая величина заменяется в измерительной установке известной величиной.

Этот метод наиболее точен.

Погрешности измерений

Результаты измерения физической величины дают лишь приближённое её значение вследствие целого ряда причин. Отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины называется погрешностью измерения.

Различают абсолютную и относительную погрешность.

Абсолютная погрешность измерения равна разности между результатом измерения Аи и истинным значением измеряемой величины А:

ДА=Аи А

Поправка: дА=А–Аи

Таким образом, Истинное значение величины равно: А=Аи+дА.

О погрешности можно узнать, сравнивая показания прибора с показаниями образцового прибора.

Относительная погрешность измерения гА представляет собой отношение абсолютной погрешности измерения к истинному значению измеряемой величины, выраженное в %:

 

%

 

Пример: Прибор показывает U=9,7 В. Действительное значение U=10 В определить ДU и гU:

ДU=9,7–10=–0,3 В гU= %=3%.

Погрешности измерений имеют систематическую и случайную составляющие. Первые остаются постоянными при повторных измерениях, они определяются, и влияние её на результат измерения устраняется введением поправки. Вторые изменяются случайным образом, и их нельзя определить или устранить.

В практике электроизмерений чаще всего пользуются понятием приведённой погрешности гп:

Это отношение абсолютной погрешности к номинальному значению измеряемой величины или к последней цифре по шкале прибора:

 

%

 

Пример: ДU=0,3 В. Вольтметр рассчитан на 100 В. гп=?

гп=0,3/100·100%=0,3%

Погрешности в измерениях могут быть в следствии:

а). Неправильной установки прибора (горизонтальная, вместо вертикальной);

б). Неправильного учёта среды (внешней влажности, tє).

в). Влияние внешних электромагнитных полей.

г). Неточный отсчёт показаний и т.д.

При изготовлении электроизмерительных приборов применены те или иные технические средства, обеспечивающие тот или иной уровень точности.

Погрешность, обусловленная качеством изготовления прибора, называется – основной погрешностью.

В соответствии с качеством изготовления все приборы подразделяются на классы точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0.

Класс точности указывается на шкалах измерительных приборов. Он обозначает Основную наибольшую допустимую приведённую погрешность прибора:

 

гД= %.

Исходя из класса точности при поверке прибора, определяют, пригоден ли он к дальнейшей эксплуатации, т.е. соответствует ли своему классу точности.

Сравнение точности прибора с образцовым – называется поверкой.

Для поверки применяют образцовые приборы на 2 класса точности выше поверяемого. Так для поверки прибора класса точности 0,5 пригодны приборы класса точности 0,1; 0,05.

Перед поверкой вычисляют наибольшую допустимую погрешность ДА наиб для поверяемого прибора, или определяют его истинный класс точности.

Шунты

 

Является простейшим измерительным преобразователем тока в напряжение. Применяется для расширения предела измерения тока измерительным механизмом. Представляет собой измерительный преобразователь, состоящий из резистора, включаемого в цепь измеряемого тока, параллельно которому присоединяется измерительный механизм.

Для устранения влияния сопротивлений контактных соединений шунты снабжаются токовыми и потенциальными зажимами.

 

	Iи=I·	Rш	;	Rш=	Rш
		Rш+Rи			p 1
	где	р=	I	Шунтирующий множитель
			Iи

 

Шунты изготавливают из манганина. Шунты на токи до 30 А обычно встраивают в корпус прибора на большие токи делают наружные шунты.

Наружные шунты обычно выпускаются калиброванными, т.е. рассчитываются на определённые токи и падения напряжения 10; 15; 30; 50; 60; 75; 100; 150; 300 мВ.

 

	Для переносных приборов часто используются многопредельные шунты. Такой шунт состоит из нескольких резисторов, переключаемых в зависимости от предела измерения, рычажным переключателем или переносом проводов с одного зажима на другой. Сечение шунта должно быть достаточно большим, с тем чтобы не было нагревания шунта током и связанной с ним температурной погрешности. По точности шунты делятся на классы: 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0. Число класса точности обозначает допустимое отклонение сопротивления в процентах его номинального значения. Шунты широко применяются с измерительным механизмами магнитоэлектрической системы, которые могут изготовляться на малые номинальные напряжения 45–150 мВ.
Многопредельный с рычажным переключателем.
Многопредельный с отдельными выводами.

 

Добавочные резисторы

 

Добавочный резистор, представляющий собой измерительный преобразователь, применяется для расширения предела измерения напряжения и для исключения влияния температуры на сопротивление вольтметра RV.

 

Добавочный резистор изготавливается из манганина и включается последовательно с измерительным механизмом.

 

Если предел измерения напряжения измерительного механизма необходимо расширить в р раз, то, U=Uи·p=Uи+Uд=Iи·(rи+rд) откуда сопротивление добавочного резистора rд=(Uи·P–Iи·rи)/I=(Iи·rи·p–Iи·rи)/Iи;

Или Rд=rи·(p 1),

Оно должно быть в (з 1) раз больше сопротивления измерительного механизма.

Если сопротивление измерительного механизма и добавочного резистора известны, то множитель добавочного сопротивления р=rд/rи+1.

Добавочные резисторы для постоянного тока наматываются обычно, а для переменного тока – бифилярно для получения безреактивного резистора. Намотка производится изолированным проводом на пластины или каркасы из пластмассы.

 

В переносных приборах часто применяют добавочные резисторы, состоящие из нескольких частей, что позволяет иметь вольтметры на несколько пределов измерения. Применяются внутренние и наружные добавочные резисторы.

 

Последние выполняют в виде самостоятельных устройств и подразделяют на индивидуальные и калиброванные. Индивидуальные резисторы применяют только с тем прибором, который градуировался с ним. Калиброванный резистор может применяться с любым прибором, номинальный ток которого равен номинальному току добавочного резистора.

Калиброванные добавочные резисторы, так же как и шунты, делят на классы точности 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0. Они изготавливаются на номинальные токи 0,5; 1; 3; 5; 7,5; 15 и 30 мА.

Добавочные резисторы применяются для преобразования напряжения до 30 кВ.

 

Пример 1:

I=10A; Iп=100; Rи=10Ом; Rш–?

 

Rш=	Rи		Р=	I	=	10	=100	Rш=	10	=0,1 Ом
	р 1			Iи		0.1			100–1

 

Пример 2:

U=30; Uи=5; Rи=5; Rд–?

 

p=	U	=	30	=6	Rд=Rи·(p 1)=5·(6–1)=25 кОм
	Uи		5

Список используемой литературы

 

В.С. Попов «Электрические измерения». М «Энергия», 1974 г.

В.Н. Малиновский «Электрические измерения». М «Энергоиздат», 1982 г.

В.И. Котур и др. «Электрические измерения и электроизмерительные приборы». М. Эн. 1986 г.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Электрические измерительные приборы служат для измерения различных электрических величин: силы тока, напряжения, сопро­тивления, мощности, энергии, а также многих неэлектрических ве­личин, в том числе температуры, давления, влажности, скорости, уровня жидкости, толщины материала и др.

В связи с тем, что абсолютно точных приборов нет, показания электроизмерительных приборов несколько отличаются от действи­тельного значения измеряемых величин.

Разность между измеренным и действительным значением вели­чины называется абсолютной погрешностью прибора. Если, напри­мер, в цепи сила тока I =10 а, а амперметр, включенный в эту цепь, показывает I_изм:==9,85 а, то абсолютная погрешность показания прибора

Приведенной погрешностью прибора g_пр называется отношение абсолютной погрешности ΔА к наибольшему значению величины А_макс, которую можно измерить при данной шкале прибора:

Приведенная погрешность прибора, находящегося в нормальных рабочих условиях (температура 20° С, отсутствие вблизи прибора ферромагнитных масс, нормальное рабочее положение шкалы и т. д.), называется основной погрешностью прибора.

Пример. Пусть при изменении силы тока I=4 а в нормальных условиях пользовались амперметром со шкалой 0—10 а и он показывал, что сила тока в цепи 4,1 а. Вычислить основную (приведенную) погрешность прибора, харак­теризующую его точность.

Р е ш е н и е:

В зависимости от допускаемой основной погрешности электро­измерительные приборы делятся на восемь классов точности: 0,05 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5; 4.

Цифра класса точности показывает величину допускаемой ос­новной (приведенной) погрешности ∆A_макс прибора в процентах вне зависимости от знака погрешности.

Класс точности

Прибор, у которого класс точности выражен меньшим числом, позволяет выполнять измерение с большей точностью.

Зная класс точности прибора и наибольшее значение величины, которую можно измерить данной шкалой прибора, можно опреде­лить наибольшую возможную абсолютную погрешность выполнен­ного измерения:

Пример. Допустим, что наибольшая сила тока, которую можно измерить данным амперметром, составляет 15 а, класс точности прибора К=4.

Определить наибольшую возможную абсолютную погрешность при выполнении измерения в любой точке шкалы.

Решение:

Чем ближе измеряемая величина к наибольшему значению, ко­торое позволяет измерить прибор, тем меньше погрешность при про­чих равных условиях. Это обстоятельство следует учитывать при выборе предела измерения прибора для выполнения измерения.

Электроизмерительные приборы классифицируются по роду из­меряемой величины, принципу действия, степени точности и роду измеряемого тока, кроме того, они делятся на эксплуатационные группы.

По роду измеряемой величины приборы делятся на амперметры, вольтметры, омметры, ваттметры, счетчики, электротермометры, электротахометры (измеряющие число оборотов в минуту) и др.

По принципу действия измерительного механизма приборы мо­гут быть следующих систем: электромагнитной, магнитоэлектриче­ской, электродинамической, ферродинамической, индукционной, выпрямительной, термоэлектрической, электронной, вибрационной и электростатической.

В зависимости от рода тока, для измерения которого предназна­чены приборы, они делятся на приборы, измеряющие переменный ток, постоянный ток, и приборы, измеряющие переменный и посто­янный токи.

Выпускают приборы трех основных эксплуатационных групп: А, Б и В. Условные обозначения электроизмерительных приборов разных эксплуатационных групп приведены в табл. 5.

На шкале каждого электроизмерительного прибора условными знаками указаны необходимые сведения о конструкции и эксплуа­тации прибора. Например, на шкале вольтметра (рис. 76) указано: вольтметр (V) электромагнитной системы; предназначен для изме­рения переменного напряжения (~) в пределах от 0 до 250 в; при измерениях напряжения прибор следует устанавливать вертикально

изоляция испытана напряжением 2 кв класс точности 1,5; заводской номер 5140; год выпуска 1966; эксплуатационная группа .

К электроизмерительным приборам всех систем предъявляются следующие технические требования:

• точность и надежность в работе и низкая стоимость;
• потребление по возможности малой мощности;
• способность не вносить заметных из­менений в электрические параметры измеряемой цепи;
• более равномерные деления в пре­делах рабочей части шкалы;
• способность выдерживать возможно большую перегрузку;
• продолжительный срок службы без ухудшения своих качеств;
• надежная изоляция токоведущих частей от корпуса;
• показания практически не должны зависеть от влияния внешних факторов;
• стрелки приборов должны быстро устанавливаться у соответ­ствующего деления шкалы.
• 

 

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПРИБОРЫ

Устройство электромагнитного прибора с плоской катушкой по­казано на рис. 77. Неподвижная часть прибора представляет собой плоскую катушку 1 с обмоткой из изолированной медной проволо­ки. Концы обмотки присоединяются к зажимам прибора. Подвиж­ная часть прибора имеет ось 4, установленную в подпятниках, не­которой помещаются стальной сердечник, стрелка 7 и сегмент успо­коителя 2, который находится в магнитном поле постоянного маг­нита 3, Спиральная пружина 5, создающая противодействующий момент, соединена одним концом с корректором 6, а другим — с осью. В вырезе корректора помещается эксцентричный штифт с головкой винта.

Когда по обмотке катушки протекает электрический ток, создает­ся магнитное поле и стальной сердечник втягивается в катушку. В зависимости от силы тока в обмотке сердечник втягивается в ка­тушку в большей или меньшей степени, поворачивая на некоторый угол ось со стрелкой.

Одновременно с увеличением отклонения подвижной части при­бора возрастает противодействующий момент, создаваемый закру­чиванием спиральной пружины. При определенном положении подвижной части измерительного прибора противодействующий мо­мент полностью уравновешивает вращающий момент, а стрелка по шкале прибора указывает измеряемую величину.

При выключении тока стрелка под действием спиральной пружи­ны 5 возвращается в исходное положение.

Втягивание сердечника происходит независимо от того, какой ток (постоянный или переменный) протекает по обмотке. В том и

другом случае ток возбуждает магнитное поле, действующее на сердечник, а последний при переменном токе соответствен­но перемагничивается. Поэтому электромагнитные приборы

пригодны для измерения как в цепях постоянного, так и в це­пях переменного тока.

Для установки стрелки на нуль служит корректор 6. При повороте эксцентричного штиф­та он действует на нижнее плечо корректора и отклоняет его. Верхняя часть корректора, пе­ремещаясь, тянет за собой спи­ральную пружину, которая поворачивает ось вместе со стрелкой и устанавливает по­следнюю на нуль.

Чтобы при измерениях стрелка прибора возможно бы­стрее останавливалась у соот­ветствующего деления шкалы, предусмотрено специальное устройство — успокоитель. Наиболее часто применяют магнитоиндукционные и воздушные успокоители.

Действие магнитоиндукционного успокоителя основано на ис­пользовании вихревых токов. При перемещении алюминиевого сег­мента-успокоителя между полюсами постоянного магнита в сегмен­те возникают вихревые токи. Взаимодействие магнитного поля постоянного магнита и вихревых токов создает согласно правилу Ленца необходимое торможение (успокоение) сегмента, а следова­тельно, и всей подвижной части прибора со стрелкой.

Действие воздушного успокоителя основано на использовании сопротивления воздуха, которое встречает подвижное легкое крыло, перемещающееся внутри закрытого сосуда.

Конструкция электромагнитного прибора с круглой катушкой показана на рис. 78. Неподвижная часть прибора представляет со­бой круглую катушку с обмоткой. Внутри ее укреплен неподвиж­ный стальной сердечник. Подвижной частью прибора служит ось, к которой прикреплен подвижный стальной сердечник. На оси установлена стрелка, перемещающаяся вдоль шкалы. С осью через спиральную пружину соединен корректор.

Когда по обмотке катушки протекает ток, концы сердечников намагничиваются с одинаковой полярностью и в результате этого подвижный сердечник, отталкиваясь от неподвижного, поворачива­ет ось со стрелкой на некоторый угол.

Электромагнитные приборы используются преимущественно для измерений переменных токов и напряжений промышленной частоты.

К достоинствам этих приборов относятся простота устройства, дешевизна и надежность в эксплуатации, пригодность для измере­ния постоянного и переменного тока, высокая устойчивость к крат­ковременным перегрузкам. Недостатками их являются неравно­мерность начальной части шкалы, зависимость показаний от влия­ния внешних магнитных полей, сравнительно большая потребляе­мая мощность.

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ

Термоэлектрические измерительные приборы служат преиму­щественно для измерений переменных токов высокой частоты (до 25 Мгц).

Принцип действия такого прибора основан на использовании двух явлений: 1) выделении тепла при прохождении электрического тока по проводнику; 2) появлении по­стоянной э. д. с. при нагревании места спая термопары.

Термоэлектрический измерительный прибор представляет собой сочетание галь­ванометра магнитоэлектрической системы с термопреобразователем, состоящим из на­гревателя и термопары. Схема прибора тер­моэлектрической системы приведена на рис. 80.

Измеряемый переменный ток протекает по нагревателю 1, который выделяет тепло, нагревающее место спая 2 термопары. На холодных концах термопары образуется термо-э. д. с, под действием которой в цепи гальванометра возникает измеряемый им электрический ток. Нагреватель с термопарой на­зывают термопреобразователем. Он помещается в одном корпусе с гальванометром или отдельно от него.

Так как величина термо-э. д. с, возникающей на холодных кон­цах термопары, зависит от тока, протекающего по нагревателю, то стрелка гальванометра показывает по шкале, отградуированной в единицах тока, силу протекающего в цепи переменного тока.

Термоэлектрические приборы изготовляют в виде щитовых и переносных. Главным их недостатком является малая перегрузоч­ная способность термопреобразователя — они выдерживают пере­грузку по току примерно в 1,5 раза.

ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ

Основными частями электродинамического прибора (рис. 81) являются: неподвижная катушка 2 и подвижная катушка 1, рас­положенная на оси 6, к которой прикреплена стрелка 5. Ось связана

с алюминиевым крылом воз­душного успокоителя 4, поме­щающегося в камере 3. Ток к подвижной катушке подводится через спиральные пружины 7, создающие противодействую­щий момент. С нижней пружи­ной соединен корректор 8.

Работа приборов электро­динамической системы основа­на на взаимодействии токов в двух обмотках. Сила этого вза­имодействия поворачивает под­вижную обмотку вместе с осью и стрелкой. Угол поворота зави­сит от силы тока, протекающего по обмоткам, и силы противо­действия спиральных пружин.

Электродинамические при­боры можно применять в цепях постоянного и переменного тока. Это объясняется тем, что изменение направления переменного тока происходит одновременно в обеих катушках, вследствие чего направление силы взаимодействия меж­ду ними остается неизменным.

Электродинамические приборы употребляют для измерения силы тока, напряжения и мощности.

К преимуществам приборов этой системы наряду с возможно­стью использования их в цепях постоянного и переменного тока относится высокая точность. Недостатками их являются: влияние внешних магнитных полей на результаты измерения, большое собственное потребление мощности, относительно малая устойчи­вость к перегрузкам, малая чувствительность и высокая стоимость. Разновидностью приборов электродинамической системы явля­ются широко распространенные, главным образом в качестве щито­вых ваттметров, ферродинамические приборы (рис. 82), действие которых основано на том же принципе. Однако в отличие от прибо­ров электродинамической системы у ферродинамических приборов

неподвижные обмотки помещаются на стальном сердечнике, который усиливает магнитное поле и вращающий момент прибора, а также уменьшает влияние внешних магнитных полей на его пока­зания. Катушки электродинамических приборов соединяются меж­ду собой в зависимости от их назначения. В амперметрах катушки в большинстве случаев соединяют параллельно, в вольтметрах — последовательно, а в ваттметрах одна катушка включается в цепь последовательно, как амперметр, а другая — параллельно нагрузке, как вольтметр.

ИНДУКЦИОННЫЕ ПРИБОРЫ

К приборам индукционной системы относится счетчик (рис. 83), служащий для учета потребления электрической энергии. Основная часть счетчика — магнитная система 1 с двумя обмотками. Одна обмотка включается в цепь последовательно, а другая— парал­лельно. Переменные токи, протекающие по каждой обмотке, воз­буждают переменные магнитные потоки, которые образуют вращающееся магнитное поле. Эти потоки пронизывают алюминиевый диск 6 счетчика и индуктируют в нем вихревые токи. Воздействие вращающегося магнитного поля, образованного магнитными пото­ками, на вихревые токи приводит диск во вращение. Ось 2 диска через шестерни 3 передает движение счетному механизму 4. Для торможения диска служит постоянный магнит 5.

Воздействие магнитного поля на вихревые токи пропорциональ­но произведению мгновенных значений тока и напряжения, т. е. пропорционально мощности, следовательно, на диск воздействует вращающий момент, пропорциональный мощности:

где К_вр — постоянный коэффициент.

Диск счетчика при своем вращении проходит между полюсами постоянного тормозного магнита 5 и пересекает его магнитные линии. В результате этого постоянный магнит также индуктирует в диске вихревые токи. Взаимодействие магнитного поля постоян­ного магнита и вихревых токов создает необходимое торможение Диска, пропорциональное скорости его вращения.

АМПЕРМЕТРА

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 r_п=20 ом. В этой цепи, согласно закону Ома, ток

Допустим, что обмотка миллиамперметра, которым следует из­мерить ток, имеет сопротивление

r_а=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 (r_ш), 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 r_а = 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 = = 5x6= 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.

ВОЛЬТМЕТРА

Для измерения напряжения служат вольтметры, милливольт­метры и микровольтметры различных систем. Эти приборы включа­ют параллельно нагрузке, а потому сопротивление их должно быть как можно больше. В связи с этим уменьшается достоверность про изведенного измерения.

Для расширения пределов измерения вольт­метра к обмотке измерительного механизма последовательно присоединяют многоомное сопротивление, носящее название добавочного сопротивления (r_д). Схема включения вольт­метра с добавочным сопротивлением приведена на рис. 85.

При такой схеме из n частей напряжения, подлежащего измерению, на обмотку прибора приходится лишь одна часть, а остальные n-1 частей – на добавочное сопротивление. Это происходит пото­му, что сопротивление r_д берется больше сопротивления вольтметра в n —1 раз, а при последовательном соединении напряжение рас­пределяется пропорционально величине сопротивления.

Добавочное сопротивление

Общее измеренное напряжение равно сумме падения напряжения на этих сопротивлениях.

Число n показывает, во сколько раз расширяют предел измере­ния вольтметра.

Пусть имеющийся у нас вольтметр позволяет измерять напря­жение Uв = 30 в, а необходимо измерить этим прибором напряже­ние U=120 в. Значит, нужно расширить предел его измерения

Добавочное сопротивление, которое надо присоединить последо­вательно к вольтметру, можно определить по формуле

Если сопротивление вольтметра r_в = 3000 ом, то для расширения предела измерения прибора в 4 раза необходимо, чтобы добавочное сопротивление