Измерение постоянных токов и напряжений

Цель работы: ознакомиться с принципом действия и схемами включения магнитоэлектрического механизма; приобрести навыки поверки микроамперметра и определения его класса точности; научиться расширять пределы измерения приборов по току и напряжению; приобрести навыки работы с цифровым вольтметром; ознакомиться с методикой выбора измерительных приборов для измерения тока или напряжения с заданной погрешностью.

Принцип действия и схемы включения магнито-
электрического измерительного механизма.
Погрешности измерения тока и напряжения

В основе работы магнитоэлектрических приборов лежит принцип взаимодействия тока катушки с полем постоянного магнита. Уравнение шкалы этих приборов имеет вид:

.

где a – угол отклонения стрелки; I – измеряемый ток; S_i – чувствительность к току; C_i=1/S_i – постоянная прибора или цена деления, определяющая ток, приходящийся на единицу угла отклонения.

Из уравнения следует, что при перемене направления тока в катушке направление отклонения подвижной части меняется на обратное. Для получения отклонения указателя в нужную сторону необходимо при включении прибора соблюдать указанную на приборе полярность.

Измерительные механизмы (ИМ) магнитоэлектрических амперметров и вольтметров принципиально не различаются между собой. В зависимости от назначения прибора (для измерения тока или напряжения) меняется его измерительная цепь.

При измерении малых токов (от нескольких мкА до 50 мА) ИМ включается в цепь последовательно с нагрузкой (pиc. 2.I,a).

Для измерения токов от 50 мА до 10000 А пределы измерения по току магнитоэлектрического ИМ расширяют при помощи шунта (рис.2.1, б). В вольтметрах последовательно с ИМ включается добавочный резистор, и прибор подключают к участку цепи, где требуется измерить напряжение (рис. 2.1, в).

 

В задачу измерений входит не только нахождение самой величины, но также и оценка допущенной при измерении погрешности.

Абсолютная погрешность измерения ΔХ выражается в единицах измеряемой величины и равна разности между измеренным значением X и его действительным значением X₀:

ΔХ=X – X_0.

Относительная погрешность измерения δ обычно выражается в процентах и представляет собой отношение абсолютной погрешности ΔХ к действительному значению измеряемой величины X₀:

.

Точность измерения характеризуется величиной относительной (а не абсолютной) погрешности измерения. В работе рассматриваются аппаратурные или инструментальные погрешности, определяемые конструкцией, схемой, выполнением, градуировкой прибора и его состоянием в процессе эксплуатации, а также погрешности взаимодействия, возникающие из-за потребляемой приборами мощности.

Погрешность взаимодействия при измерении напряжения вольтметром вызвана уменьшением сопротивления участка цепи, к которому подключен вольтметр, и снижением напряжения на измеряемом участке. Величина этой погрешности вольтметра равна

, (2.I)

где R_v – сопротивление вольтметра; R_экв – эквивалентное сопротивление цепи относительно зажимов, к которым подключен вольтметр, при замкнутых накоротко источниках питания.

Для уменьшения погрешности взаимодействия необходимо выбирать амперметры с возможно малым, а вольтметры – с возможно большим сопротивлением.