Измерение напряжения. Расширение пределов измерения

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

После присоединения к вольтметру добавочного сопротивления каждое деление шкалы прибора будет соответствовать величине, в n раз большей, чем указано на ней. Например, в нашем случае, если стрелка прибора установится на цифре 30, то это будет озна­чать, что напряжение

Добавочные сопротивления изготовляют чаще всего из манга­нина или константана. Оба эти материала имеют большое удельное сопротивление и малый температурный коэффициент сопротивле­ния.

Шунты и добавочные сопротивления могут быть установлены внутри корпуса прибора или подключаться к его зажимам на время измерений.

ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЙ

Для измерения сопротивлений служит омметр. Возможность измерения сопротивления основана на том, что при постоянном на­пряжении сила тока в электрической цепи зависит от сопротивле­ния. Эта зависимость позволяет по величине тока в цепи судить о ее сопротивлении. Стрелка омметра показывает на шкале величину сопротивления присоединенного к зажимам прибора.

Схема магнитоэлектрического омметра показана на рис. 86. Пользуясь этой схемой, объясним, как по отклонению рамки прибора можно судить о величине измеряемого сопротивления.

Пусть внутреннее сопротивление прибора, состоящее из сопро­тивления обмотки и добавочного r_д, равно 2250 ом. Отклонение

стрелки прибора на всю шкалу происходит при подключении напря­жения 4,5 в. Включим в цепь прибора батарею с таким напряжением U и замкнем зажимы (на рисунке показано пунктиром), Ток в обмотке рамки определим по закону Ома:

Ток, равный 0,002 а, отклоняет рамку со стрелкой до конца шка­лы. Так как это отклонение происходит при внешнем сопротивле­нии, равном нулю, то против точки отклонения стрелки на шкале ставим нуль.

Не изменяя напряжения источника тока, присоединим к зажи­мам сопротивление r=750 ом и снимем перемычку, показанную на Рисунке пунктиром. Тогда полное сопротивление цепи будет:

Увеличение общего сопротивления на 750 ом вызовет уменьше­ние тока, отклоняющего рамку, и поэтому угол ее отклонения ста­нет меньше. Новое, меньшее отклонение стрелки пометим на шкале, цифрой 750 ом, соответственно величине присоединенного внешнего сопротивления.

Теперь присоединим к зажимам прибора другое внешнее сопро­тивление, например 1500 ом. Стрелка отклонится еще меньше. Обо­значим это отклонение на шкале цифрой 1500 ом.

Проводя опыт дальше, будем увеличивать сопротивление и отме­чать соответствующими цифрами отклонения стрелки, пока она не остановится в самом начале шкалы. Это произойдет тогда, когда внешнее сопротивление будет так велико, что практически ток в цепи станет равным нулю. Над делением, соответствующим отсутствию тока в цепи, поставим знак бесконечно большого сопротивления.

Разметка шкалы измерительного прибора называется градуи­ровкой. В данном случае мы проградуировали шкалу прибора в омах и можем им пользоваться как омметром.

Еще раз напомним, что показания стрелки будут соответствовать действительным величинам внешнего сопротивления только в том случае, если источник тока имеет неизменное напряжение.

МЕГОММЕТР

По правилам эксплуатации электрических установок низкого напряжения сопротивление изоляции участка цепи должно быть не ниже 1000 ом на каждый вольт рабочего напряжения. Например, при напряжении 127 в сопротивление изоляции провода должно быть 127x1000=127 000 ом =127 ком.

Для измерения сопротивления изоляции электрических цепей, обмоток электрических машин и электроустановок служат мегометры (приборы, измеряющие миллионы ом) —переносные прибо­ры магнитоэлектрической системы.

Мегомметр (рис. 87) состоит из двух основных частей: измери­тельного устройства и генератора постоянного тока с ручным при­водом.

Измерительное устройство прибора представляет собой магни­тоэлектрический гальванометр, на подвижной оси которого имеется не одна рамка с обмоткой, как у обычного прибора этой системы, а две рамки, расположенные под некоторым углом одна относитель­но другой.

По обмотке одной рамки мегомметра протекает ток, пропорцио­нальный силе тока в измеряемой цепи, а по обмотке второй рам­ки-ток, пропорциональный напряжению. Таким образом, угол поворота стрелки мегомметра зависит от токов, протекающих по двум обмоткам прибора. Согласно закону Ома сила тока в каждой обмотке зависит от сопротивления цепи. Поэтому отклонение стрелки мегомметра пропорционально измеряемому сопротивле­нию, к которому подключается прибор.

Из сказанного следует, что мегомметр сочетает в себе амперметр и вольтметр и выполняет «сам» вычисление сопротивления по

формуле , стрелка прибора показывает на шкале вели­чину измеряемого сопротивления.

При вращении рукоятки 1 (см. рис. 87, в) приходит во вращение зубчатая передача 2, многополюсный магнит ротора 6 и регулятор скорости генератора 7. При вращении магнита ротора его магнит­ный поток пересекает витки обмотки 3 статора и в ней наводится э. д. с, которая через коллектор 4 и щетки 5 поступает в схему прибора.

Для проверки мегомметра перед измерением его устанавливают в горизонтальное положение, а зажимы («Линия» и «Земля») при­бора соединяют между собой. Вращая рукоятку генератора со ско­ростью 120 об/мин, проверяют, совпадает ли стрелка мегомметра с нулевым делением шкалы. Затем при разомкнутых зажимах вращают рукоятку генератора с той же скоростью. При этом стрелка прибора должна установиться на отметку со знаком .

Чтобы измерить сопротивление изоляции между двумя прово­дами, следует отключить их от сети и присоединить один провод к зажиму «Линия», а другой — к зажиму «Земля». Вращая рукоятку
генератора мегомметра, можно определить сопротивление изоляции по положению стрелки на шкале прибора.

При измерении сопротивления изоляции между обмотками двигателя поступают так: снимают перемычки с панели зажимов двигателя и соединяют конец первой обмотки с зажимом «Линия», а конец второй обмотки — с зажимом «Земля» мегомметра.

Вращая рукоятку прибора, определяют по шкале сопротивление изоляции между обмотками. Если необходимо измерить сопротивление изоляции обмотки двигателя по отношению к земле, то соот­ветственно присоединяют обмотку к зажиму «Линия» мегомметра, а корпус — к зажиму «Земля».