Напряжение в измерительных цепях

Измерение напряжения.

Для измерения напряжения на участке цепи слу­жат присоединяемые параллельно ему милливольтметры, вольтметры или киловольтметры. Во избежание изменения режима цепи ответвляющийся в вольт­метр ток должен быть малым, т. е. сопротивление вольтметра должно быть велико по сравнению с сопротивлением участка цепи, к которому он присоеди­нен. Это требование выполняется, если вольтметр состоит из микроампермет­ра ИП1 (рис. 2,а) со шкалой, проградуированной в единицах напряжения, и включенного последовательно с ним добавочного резистора R1. Его сопротивление рассчитывается по формуле

(3)

где R₁—сопротивление добавочного резистора; U—верхний предел измеряе­мого напряжения; I_и—ток полного отклонения измерительного прибора ИП1;R_И—его внутреннее сопротивление.

В радиолюбительской аппаратуре обычно используют непроволочные до­бавочные резисторы, особенно на высоковольтных пределах измерения. При выборе резисторов необходимо учитывать рассеиваемую на них мощность, а также приложенное к ним напряжение, которые не должны превышать макси­мально допустимых значений. Поэтому на высоковольтных пределах часто при­ходится соединять последовательно несколько резисторов.

а — с добавочным резистором; б — с переключением добавочных резисторов; в —с усилите­лем тока; г—переменного напряжения с выпрямителем по однополупериодной схеме; д— то же, по мостовой схеме; е — с детекторной головкой-пробником и усилителем тока

Многопредельный вольтметр (рис. 2,б) содержит несколько добавочных резисторов, присоединяемых к прибору ИП1 переключателем пределов измере­ния В1. В практических конструкциях он часто заменяется несколькими гнез­дами.

Для уменьшения погрешности измерения сопротивление вольтметра долж­но быть, по крайней мере, в 20—50 раз больше сопротивления участка цепи, на котором измеряется напряжение. В большинстве случаев вольтметры харак­теризуют входным сопротивлением, которое рассчитывают на 1 В шкалы и выражают в килоомах на вольт (кОм/В). Это позволяет сопостав­лять входные сопротивления вольтметров, имеющих различные пределы измере­ния. Входное сопротивление вольтметров по схемам рис. 2,а и б равно

Повысить его можно применением измерительного прибора с малым током пол­ного отклонения I_и, что не всегда возможно, или введением усилителя тока (электронный вольтметр). Вольтметр с усилителем (рис. 2,в) нагружает объ­ект измерения входным током усилителя Iвх 3 / 8 345678> Следующая >>>

Источник

Глава 10. Электрические измерения

10.1. Измерение тока и напряжения

Измерение тока. Приборы, предназначенные для измерения тока, получили название амперметров. Приборы, рассмотренные в гл. 9, могут служить как для измерения тока, так и для измерения напряжения. При этом отличаются способы включения их в электрическую цепь и значения сопротивления измерительной цепи прибора. Амперметр включают в цепь таким образом, чтобы через него проходил весь измеряемый ток, т. е. последовательно. Сопротивление амперметра должно быть малым, чтобы в нем не происходило заметного падения напряжения.

Для измерения постоянного тока используют преимущественно амперметры магнитоэлектрической системы и реже приборы электромаг­нитной системы, а для измерения переменного тока частотой 50 Гц в основном применяют амперметры электромагнитной системы.

Непосредственное включение амперметра в цепь измеряемого тока не всегда возможно, так как в некоторых случаях измеряемый ток во много раз превосходит необходимый для полного отклонения подвижной системы прибора. В этих случаях при измерении постоянного тока параллельно амперметру включают шунт, через который проходит боль­шая часть измеряемого тока (рис. 10.1).

Согласно первому закону Кирхгофа, максимальное значение измеряе­мого амперметром тока при наличии шунта

где I_max — максимальное значение тока в цепи; I_Aн — номинальное (предельное) значение тока амперметра в отсутствие шунта; I_ш — ток, проходящий через шунт. Так как амперметр и шунт включены парал­лельно, то токи между шунтом и амперметром распределяются обратно пропорционально их сопротивлениям:

откуда находим сопротивления шунта:

(10.1)

где r_A — внутреннее сопротивление амперметра; n = I_max/I_Aн — коэффициент, показывающий, во сколько раз расширяются пределы изме­рения.

Так как то ток в цепи при заданной нагрузке

(10.2)

где I_A — показание амперметра. Если шкалу амперметра отградуиро­вать с учетом шунта, то можно определять значение измеряемого тока I непосредственно по показаниям прибора.

При измерении переменных токов шунты не применяют. Это объясняется тем, что распределение токов между шунтом и амперметром определяется не только их активным сопротивлением, но и реактивным сопротивлением прибора, которое зависит от частоты. Поэтому для расширения пределов измерения амперметров в цепях переменного тока используют измерительные трансформаторы тока.

Для расширения пределов измерений вольтметров в цепях постоян­ного тока с напряжением до 1000—4500 В служат добавочные резисторы, включаемые последовательно с прибором (рис. 10.2). В цепях переменного то-

ка напряжением свыше 1000 В для расширения пределов измерений используют измерительные трансформаторы напряжения.

При включении последовательно с вольтметром добавочного ре­зистора сопротивление последнего определяют из следующих сообра­жений: допустим, вольтметром с сопротивлением r_V, рассчитанным на номинальное напряжение U_ном, необходимо измерить напряжение U_xmax, которое в n раз больше U_ном. В этом случае необходимо соблю­дать условие, при котором ток, проходящий через вольтметр, был бы одинаковым при обоих напряжениях, т. е.

откуда (10.3)

и фактически измеряемое напряжение

(10.4)

Шкалу вольтметров в большинстве случаев градуируют с учетом добавочного сопротивления r_д. При этом вольтметр может быть выпол­нен на несколько пределов измерения, для чего он снабжается несколь­кими добавочными сопротивлениями и соответствующим переключате­лем шкалы на лицевой стороне прибора.

Для измерения напряжения в цепях постоянного тока применяют магнитоэлектрические вольтметры, а в цепях переменного тока — электромагнитные и электродинамические вольтметры. При измерении малых переменных напряжений используют выпрямительные и электрон­ные милливольтметры, причем при повышенных частотах преимущест­венно электронные.

Источник

Измерение напряжения

Для измерения напряжения служат вольтметры, милливольтметры, микровольтметры различных систем. Эти приборы включаются параллельно нагрузке, поэтому сопротивление их должно быть как можно больше (примерно на два порядка больше сопротивления любого элемента цепи).

Для расширения пределов измерения вольтметра (в k раз) в цепях постоянного тока напряжением до 500В обычно применяют добавочные сопротивления R_d, включаемые в цепь последовательно с вольтметром.

Из соотношения определим,

Где U_max — наибольшее значение напряжения, которое может быть измерено вольтметром с добавочным сопротивлением;

U_вн — предельное (номинальное) значение шкалы вольтметра при отсутствии R_д.

Величина фактически измеряемого напряжения U определяется из соотношения:

; ,

где U_в — показание вольтметра.

В цепях переменного тока для изменения пределов измерения вольтметра применяют трансформаторы напряжения.

Измерение мощности. Измерение мощности в цепях постоянного и однофазного токов

Мощность в цепях постоянного тока, потребляемая данным участком электрической цепи, равна:

и может быть измерена амперметром и вольтметром.

Помимо неудобства одновременного отсчёта показаний двух приборов, измерение мощности этим способом производится с неизбежной погрешностью. Удобнее измерять мощность в цепях постоянного тока ваттметром.

Измерить активную мощность в цепи переменного тока амперметром и вольтметром нельзя, т.к. мощность такой цепи зависит и от соsφ:

Поэтому в цепях переменного тока активная мощность измеряется только ваттметром.

Неподвижная обмотка 1-1 (токовая) включается последовательно, а подвижная 2-2 (обмотка напряжения) параллельно с нагрузкой.

Для правильного включения ваттметра один из зажимов токовой обмотки и один из зажимов обмотки напряжения отмечают звёздочкой (*). Эти зажимы, называемые генераторными, необходимо включать со стороны источника питания, объединив их вместе. В этом случае ваттметр будет показывать мощность, идущую со стороны сети (генератора) к приёмнику электрической энергии.

Измерение активной мощности в цепях трёхфазного тока

При измерении мощности трёхфазного тока применяют различные схемы включения ваттметров в зависимости от:

системы проводки (трёх- или четырёхпроводная);

нагрузки (равномерная или неравномерная);

схемы соединения нагрузки (звезда или треугольник).

а) измерение мощности при симметричной нагрузки; система проводки трех- или четырехпроводная:

В этом случае мощность всей цепи можно измерить одним ваттметром (рисунки 9,10), который покажет мощность одной фазы Р=3P_ф=3U_фI_фсоsφ

б) при несимметричной нагрузке мощность трёхфазного потребителя можно измерить тремя ваттметрами:

Общая мощность потребителя равна:

в) измерение мощности методом двух ваттметров:

Применяется в 3-х проводных системах трехфазного тока при симметричной и несимметричной нагрузках и любом способе соединения потребителей. При этом токовые обмотки ваттметров включаются в фазы А и В (например), а параллельные на линейные напряжения U_АС и U_ВС (или А и С  U_АВ и U_СА), (рис. 12).

Источник