Меню

Расширение предела измерения миллиамперметров



Расширение пределов измерения амперметров и вольтметров

Для получения высокой точности и чувствительности магнитоэлектрических приборов их подвижные обмотки выполняют по возможности легкими из очень тонкой изолированной проволоки.

Такие обмотки допускают очень незначительные по величине токи, не превышающие 30 мА, при этом сопротивление самих обмоток получается равным примерно 5 Ом.

Таким образом, магнитоэлектрическим прибором можно измерять ток не более 30 мА, а напряжение – не выше 150 мВ, так как

U = I × R = 30 × 5 = 150 мВ

Для расширения пределов измерения амперметра применяют шунты, шунты имеют очень малое сопротивление (десятые, сотые доли ома) и включаются параллельно обмотке амперметра. Величина шунта RШ определяется по формуле:

где RШ – сопротивление шунта;

RA – сопротивление амперметра;

n – коэффициент расширения пределов измерения тока амперметром.

где I – измеряемый ток;

IA – максимально допустимый ток амперметра.

Для расширения пределов измерения вольтметров применяют добавочные сопротивления, которые имеют большое сопротивление (десятки килоом), и которые включают последовательно с обмоткой вольтметра. Величина добавочного сопротивления RД определяется по формуле:

где RД – добавочное сопротивление;

RV – сопротивление вольтметра;

n – коэффициент расширения пределов измерения напряжения вольтметром.

где U – измеряемое напряжение;

UV – максимально допустимое напряжение вольтметра.

Источник

Расширение пределов измерения миллиамперметра

Лабораторная работа № 4

Расширение пределов измерения миллиамперметра и вольтметра

Цель работы: изучение методов расширения пределов измерения миллиамперметров и вольтметров; изучение методов расчета сопротивления шунтов и добавочных резисторов.

Содержание работы

Расширение пределов измерения миллиамперметра

Для расширения пределов измерения амперметров применяют особые вспомогательные устройства — шунты. Шунт представляет собой четырехзажимный резистор RШ, который вместе с измерительным механизмом, подключенным к его потенциальным зажимам П, при помощи токовых зажимов Т включается в цепь измеряемого тока Iх (рис. 4.1). Шунт преобразует ток в падение напряжения. Для постоянного тока уравнение преобразования имеет вид:

где IШ -ток в шунте.

Но шунт можно рассматривать и как делитель напряжения с коэффициентом деления (шунтирования):

где I — ток в измерительном механизме; RИМ — сопротивление измерительного механизма.

Это позволяет расширить пределы измерения измерительного механизма по току, т.е. измерять токи, значительно превосходящие ток, на который рассчитан измерительный механизм. Из этого выражения следует:

Шунты изготовляются из манганина и применяются почти исключительно с магнитоэлектрическими измерительными механизмами на постоянном токе. Применять шунты для электродинамической системы и других систем нецелесообразно, поскольку эти измерительные механизмы потребляют большую мощность, что приводит к необходимости иметь значительные UШ, а следовательно, и RШ, приводящие в свою очередь к увеличению габаритов и массы шунтов. Кроме того, применение шунтов на переменном токе приводит к погрешности, обусловленной перераспределением токов I и IШ при разных частотах из-за влияния реактивных сопротивлений измерительного механизма и шунта.

На токи до 30. 50А применяют внутренние шунты, помещаемые в корпусе прибора. На большие токи шунты делаются наружными — для исключения нагревания прибора выделяемой в шунте мощностью. Наружные шунты изготовляются на токи до 10000А и имеют массивные наконечники из красной меди для включения в цепь тока. Между наконечниками впаяны манганиновые пластины или круглые стержни для улучшения охлаждения шунта. Эти шунты делаются взаимозаменяемыми, т.е. на фиксированные UШ (60, 75, 100, 150 и 300мВ) и потенциальные зажимы шунта соединяют с измерительным механизмом калиброванными проводами, сопротивления которых оговорены ГОСТ 8042-68. Калиброванные шунты в зависимости от точности их подгонки подразделяют на классы 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5.

Читайте также:  Как измерить слона без весов

Источник

Расширение пределов измерения амперметра

Лекция Измерение электрического тока и напряжения, мощности и энергии, сопротивления

Измерение тока

Для измерения тока используется амперметр, включаемый в цепь последовательно с электроприемником. Показания амперметра позволяют судить с определенной погрешностью о токе IН протекающем через данный электроприемник–нагрузку RН.

При измерении переменного синусоидального токастрелкиприборов электромагнитной, электродинамической, выпрямительной и тепловой систем будут давать отклонения пропорционально действующему значению тока,и в этих значениях, как правило, градуируют шкалы таких приборов.

При измерении несинусоидального переменного токапоявляется дополнительная погрешность, вызванная влиянием высших гармоник в кривой тока на вращающий момент подвижной части и отклонение стрелки и, следовательно, на показания прибора.

Сопротивление измерительной катушки амперметра очень малои его последовательное включение с нагрузкой практически не вызывает увеличение сопротивления цепи и потери мощности. Так, внутреннее сопротивление амперметров колеблется от RА= 0,2 Ом (электромагнитные и электродинамические системы амперметров) до RА= 0,01 Ом (магнитоэлектрические приборы).

Расширение пределов измерения амперметра

Для расширения пределов измерения амперметров применяют шунты и измерительные трансформаторы тока.

Шунт представляет собой активное сопротивление (резистор) RШ сравнительно малой величины, включаемое параллельно к зажимам амперметра.

В том случае, когда сопротивление шунта RШ меньше сопротивления измерительной катушки амперметра RA, сравнительно большая часть измеряемого токаIН проходит через шунт, а в амперметр ответвляется только его небольшая часть IA, определяемая соотношением сопротивлений амперметра RA и шунта RШ:

Из этой формулы можно получить выражение для расчета необходимой величины сопротивления шунта:

Шкала амперметра с шунтом градуируется на полный ток IН, протекающий через нагрузку.

Таким образом, использование в амперметрах шунтов позволяет измерять большие постоянные или синусоидальные токи приборами, измерительные катушки которых рассчитаны на малые токи.

Измерение напряжения

Для измерения напряжения используются вольтметры. Зажимы этих приборов включаются параллельно нагрузке, как показано на рисунке ниже.

Чтобы включение вольтметра не приводило к изменению токов в цепи и режима работы нагрузки, его собственное сопротивление RB должно быть намного больше сопротивления нагрузки RH. Оно колеблется от 3–5 кОм (электромагнитные и электродинамические приборы) до 6–10 кОм (магнитоэлектрические приборы) и свыше 10 кОм (электронные приборы).

При включении вольтметра параллельно участку цепи отклонение его стрелки будет пропорционально напряжению на этом участке цепи. Вольтметры переменного тока указывают действующее значение измеряемого напряжения.

При ошибочном включении вольтметра, то есть последовательно с электроприемником, напряжение которого должно быть измерено, прибор не будет поврежден, так как через него будет протекать ничтожно малый ток из-за очень большого внутреннего сопротивления вольтметра. В то же время, показания вольтметра при таком включении будут неверны, так как напряжение на нагрузке значительно уменьшится (в сотни и тысячи раз), а вольтметр будет показывать напряжение, близкое к напряжению источника питания.

Расширение пределов измерения вольтметра

Читайте также:  Прибор для измерения мощности бытовой электрического тока

Для расширения пределов измерения вольтметра используют добавочное активное сопротивление RД, включаемое последовательно с измерительной катушкой вольтметра.

Величина добавочного сопротивления RД рассчитывается, исходя из требуемой кратности расширения предела измерения nu:

по формуле: RД = RB (n-1),

где UН – измеряемое напряжение на нагрузке, UB – напряжение на вольтметре, RB – активное сопротивление измерительной катушки вольтметра.

С помощью разных добавочных сопротивлений можно получить многопредельный вольтметр с разной ценой деления шкалы.

Измерение мощности

Мощность РН, выделяемая в нагрузке с сопротивлением RН, может быть измеренакосвенным методом с помощью амперметра и вольтметра, так как РН = UI.

Более точно мощность можно измерить непосредственно электродинамическим ваттметром.

Вращающий момент подвижной катушки ваттметра пропорционален произведению токов в проводниках обеих катушек: МВР= К I IU,

где I – ток в неподвижной токовой катушке, практически равный току нагрузки; IU=U/RU – ток в подвижной катушке напряжения (причем IU >RН).

Следовательно МВР= К×I×U/RU=C×U×I = C×P, где С – коэффициент пропорциональности.

Таким образом, вращающий момент ваттметра пропорционален мощности Р и его шкала отградуирована непосредственно в ваттах или киловаттах.

Дляизмерения мощности в однофазной цеписинусоидального тока в основном используются электродинамические ваттметры, которые включают так же, как и при измерениях в цепи постоянного тока.

Ток IU в подвижной катушке пропорционален напряжению U и практически совпадает с ним по фазе, а ток I в неподвижной токовой обмотке равен току нагрузки. Поэтому вращающий момент ваттметра

МВР=CUIcosj = CP,

где j – угол сдвига фаз между U и I; С – коэффициент пропорциональности.

Зажимы токовой обмотки и обмотки напряжения ваттметра, помеченные звездочками (*) и называемыегенераторными,следует включать в электрическую цепь со стороны источника питания.

Дляизмерения активной мощности в трехфазной цепи переменного тока применяется несколько способов измерения мощности в зависимости от характера трехфазной нагрузки.

Присимметричной нагрузке активную мощность в трехфазной цепи можно измерить путемзамера мощности в одной фазе с помощью ваттметра.

После измерения мощности в одной из фаз РФ, соединенных звездой (U) или треугольником (D) показания ваттметра умножают на три, так как при симметричной нагрузке мощности всех трех фаз одинаковы:

где РYсим и РDсим – активная мощность в трехфазной симметричной нагрузке соединенной звездой и треугольником, соответственно.

В трехпроводной трехфазной цепи при любой нагрузке (симметричной или несимметричной) и любом способе соединения электроприемников (звездой или треугольником) общую активную мощность трехфазной нагрузки можно измерять с помощьюдвух ваттметров.

При этом алгебраическая сумма активных мощностей РW1 и РW2 2-х ваттметров W1 и W2 равна активной мощности РY,D в трехпроводной трехфазной цепи при соответствующем способе соединения фаз (Y или D):

Суммарная мощность двух ваттметров вычисляется с учетом знака мощностей этих ваттметров, как алгебраическая сумма. Практически, для отсчета отрицательной мощности по показаниям ваттметра необходимо изменить направление тока в обмотке напряжения, для чего переключатель направления тока на корпусе ваттметра надо переключить с «+» на «».

Измерить активную мощность в четырехпроводной трехфазной цепи при несимметричной нагрузке соединенной звездой можно тремя ваттметрами.

Читайте также:  Электрические измерения под ред малиновского

Поскольку, в этом случае каждый из ваттметров измеряет активную мощность одной фазы, то мощность в четырехпроводной трехфазной цепи:

где PA, PB, PC – активные мощности фаз А, В, С, соответственно.

Применяются также специальные ваттметры трехфазного тока.

При измерении мощности в трехфазных цепях высокого напряжения и с большими токами ваттметры включаются через измерительные трансформаторы напряжения и трансформаторы тока.

Источник

Расширение пределов измерения

Для расширения пределов измерения находят применение шунты, добавочные сопротивления и емкости, резистивные и емкостные делители напряжения, измерительные трансформаторы тока и напряжения.

Расширение пределов измерения амперметров достигается включением шунта параллельно прибору. , где .

Шунты применяются только в цепях постоянного тока с приборами МЭ системы.

Для расширения пределов измерения вольтметра последовательно с сопротивлением рамки включается добавочное сопротивление :

, где .

Добавочные резисторы можно использовать в цепях постоянного и переменного тока с приборами (mA и V) МЭ, ЭМ, ЭД, ФД систем и с приборами ЭС в цепях постоянного тока.

С приборами ЭС системы обычно используют добавочные емкости, поскольку сам ЭС вольтметр является емкостью:

, где .

Для расширения пределов измерения по напряжению используются делители напряжения.

Уравнением делителя напряжения является уравнение, связывающее и :

.

Обычно все резисторы, кроме , обозначают через . .

.

Напряжение на выходе делителя является идеальным, чтобы его измерить к выходу делителя подключается вольтметр. Так как вольтметр обладает собственным сопротивлением, то:

, отсюда

.

Напряжение . Т.е. возникает погрешность измерения, связанная с собственным сопротивлением вольтметра, которую можно вычислить по формуле:

, .

С приборами ЭС системы употребляются емкостные делители напряжения.

,

и если емкость ЭС вольтметра , то

.

.

В цепях постоянного тока для расширения пределов измерения электростатического вольтметра применяется делитель напряжения, выполненный из проволочных или непроволочных сопротивлений:

,

откуда , где U — измеряемое напряжение, Ue — напряжение на зажимах вольтметра, .

В этой схеме сопротивление изоляции прибора должно быть значительно больше сопротивления r1.

Измерительные трансформаторы тока применяются при измерении больших токов. У трансформаторов тока номинальный первичный ток больше номинального вторичного, поэтому в них число витков w1

,

где I1 и I2 — первичный и вторичный токи;

w1 и w2 — число витков в первичной и вторичной обмотках;

k1 — действительный коэффициент трансформации трансформатора тока.

Определив по амперметру I2, можно найти ток I1 :

.

На практике обычно пользуются номинальным коэффициентом трансформации:

.

Тогда приближенное значение измеряемого тока равно:

.

Относительная погрешность трансформатора тока, происходящая из-за неравенства действительного и номинального коэффициентов трансформации, может быть определена из следующего выражения:

.

Измерительные трансформаторы напряжения применяются при измерении больших напряжений. Первичное номинальное напряжение в трансформаторах напряжения всегда больше вторичного номинального напряжения, поэтому в них w1>w2:

,

где U1 и U2 — первичное и вторичное напряжения;

w1 и w2 — число витков в первичной и вторичной обмотках;

kU — действительный коэффициент трансформации трансформатора напряжения;

Измеряемое напряжение равно:

На практике обычно пользуются номинальным коэффициентом трансформации:

где k — номинальный коэффициент трансформации трансформатора напряжения;

U1н, U2н — номинальные значения первичного и вторичного напряжений, указанные на щитке трансформатора.

Приближенное значение измеряемого напряжения:

.

Относительная погрешность трансформатора напряжения равна:

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник