При измерении тока I методом непосредственной оценки измерительный прибор – амперметр, миллиамперметр, микроамперметр или гальванометр, включается в разрыв электрической ветви (см. рис. 3а). Такое включение измерительного прибора с внутренним сопротивлением Rпр в цепь с источником Е и сопротивлением R (выходное сопротивление цепи) увеличивает общее сопротивление ветви и уменьшает протекающий в ней ток до значения Ix.
В связи с этим, относительная погрешность δI измерения тока ветви Ix, очевидно, составит:
δI=Ix-I=(E/(R+Rпр)-E/R)/(E/R)=-(Rпр/R)/(1+Rпр/R)
Из приведённого выражения следует, что погрешность измерения тем меньше, чем меньше внутреннее сопротивление измерительного прибора.
Для измерения постоянного тока могут быть использованы электроизмерительные приборы всех систем (за исключением индукционной и электростатической). Для измерений малых токов используют, так называемые, гальванометры, которые могут строиться на основе любой измерительной системы. Однако, массовое применение получили гальванометры магнитоэлектрической системы, обеспечивающие высокую чувствительность прибора – 10-11 А.
|
|
При измерении больших токов применяют шунты – это специальные резисторы, подключаемые параллельно измерительному механизму и служащие для расширения пределов измерения прибора (см. рис. 3б).
Рис. 3. Измерение тока методом непосредственной оценки
При использовании шунта Rш ток Ix, протекающий через измерительный механизм прибора, определяется выражением:
Ix=Iпр(Rш+Rпр)/Rш=Iпр·n
где: n=(Rш+Rпр)/Rш – коэффициент шунтирования.
Сопротивление шунта выбирается таким образом, чтобы б о льшая часть измеряемого тока Ix протекала по шунту Iш, а оставшаяся часть – не превышала допустимого значения для используемого прибора.
Конструкция шунтов и условия их применения определяются пределами измерений. Обычно, шунты, предназначенные для измерения сравнительно небольших токов (до 30 А), монтируются внутри корпуса измерительного прибора; токи б о льшего значения (до нескольких сотен и тысяч ампер) измеряются с помощью наружных шунтов. Отечественной промышленностью шунты изготавливаются следующих классов точности: 0.001, 0.02, 0.05, 0.1, 0.2, 0.5, 1.0.
Измерение постоянного тока аналоговыми приборами непосредственной оценки производится в лучшем случае с погрешностью 0.1 %. Более точные измерения можно выполнить с помощью метода сравнения или компенсации. Приборы, работа которых основана на этом методе, получили название потенциометров или компенсаторов. При измерении тока наибольшее распространение получила схема, изображённая на рисунке 4а.
|
|
Как видно из рисунка в разрыв электрической ветви с измеряемым током подключается схема, состоящая из индикатора И, измеряющего напряжение между точками «а» и «б», образцового потенциометра Rобр и образцового источника напряжения Еобр.
Измерение выполняется следующим образом: последовательными изменениями сопротивления образцового потенциометра добиваются выравнивания значений измеряемого тока Ix и рабочего тока Iр в измерительной цепи. Очевидно, признаком равенства токов Ix=Iр являются нулевые показания индикатора И. При этом равенство потенциалов точек «а» и «б» позволяет определить искомое значение тока из выражения:
Ix=Iр=Еобр/Rобр
Среднее значение образцовой ЭДС насыщенных нормальных элементов при температуре 200 С известно с точностью до пятого знака (Еобр=1.0186 В). Следовательно, точность результата измерения, в значительной степени, определяется точностью изготовления образцового резистора Rобр и точностью установления момента уравновешивания, которая определяется порогом чувствительности нулевого индикатора И.
Рис. 4. Измерение тока методом сравнения и косвенным методом
Существенной особенностью метода сравнения является отсутствие методической ошибки измерения. Действительно, в момент равенства токов Ix и Iр измерительная цепь не вносит никаких изменений в измеряемую цепь, поскольку из-за равенства потенциалов точек «а» и «б» входное сопротивление измерительной цепи равно нулю. Таким образом, использование в схеме измерения дополнительного, образцового источника напряжения Еобр позволяет компенсировать возможное уменьшение измеряемого тока Ix.
Потенциометры постоянного тока выпускаются следующих классов точности: 0.0005, 0.001, 0.002, 0.005 и т.п.
Кроме прямого измерения токов с помощью амперметров возможно косвенное измерение с использованием образцового резистора Rобр и высокочувствительного вольтметра. Образцовый резистор включается в разрыв электрической ветви с измеряемым током, с помощью вольтметра измеряется падение напряжения на резисторе Uобр (см. рис. 4б). Измеряемый ток определяется с помощью выражения: Ix=Uобр/Rобр. Очевидно, для получения минимальной погрешности сопротивление образцового резистора должно быть возможно меньше сопротивления ветви R.