Измерение малых токов и напряжений. Для определения малых постоянных токов можно использовать как прямые, так и косвенные измерения. В первом случае ток можно измерять зеркальными гальванометрами и стрелочными магнитоэлектрическими приборами. Наименьший ток, который можно измерить зеркальным гальванометром, равен приблизительно 10 -11 А, а стрелочным магнитоэлектрическим прибором - 10 -6 А. Чтобы повысить чувствительность, измеряемый ток подают на вход усилителя постоянного тока, к выходу которого присоединяют стрелочный магнитоэлектрический прибор. Для этого обычно используют фотогальванометрические усилители или полупроводниковые усилители с преобразованием постоянного тока в переменный. С помощью усилителей можно измерять токи до10 -10 A.
Более точный, но менее чувствительный способ измерения малых токов заключается в измерении падения напряжения на образцовом резисторе при помощи потенциометра постоянного тока. Таким способом можно измерять токи начиная от 10 -8 А.
|
|
Для точного измерения малых токов можно использовать цифровые пикоамперметры, принцип действия которых сводится к измерению падения напряжения на высокоомном резисторе цифровым милливольтметром. Эти приборы позволяют измерять токи от 10 -8А с погрешностью, не превышающей 0,5%.
Для измерения малых постоянных напряжений можно использовать магнито-электрические гальванометры, потенциометры постоянного тока, цифровые микро- вольтметры и стрелочные магнитоэлектрические приборы. С помощью магнитоэлектри- ческих гальванометров можно измерять напряжения порядка 10 -7 — 10 -8 В.
Потенциометры постоянного тока существенно превосходят гальванометры по точности и входному сопротивлению, но уступают им по чувствительности: они позволяют измерять напряжение, начиная от 10 -5 — 10 -6 В.
Цифровые микровольтметры по точности и чувствительности практически не уступают потенциометрам постоянного тока. Они позволяют измерять напряжение начиная от 10 мкВ с погрешностью 0,3 — 0,5%.
Для измерения напряжений порядка 10 -6 — 10 -7 В и более можно использовать нано- вольтметры, состоящие из фотогальванометрического усилителя, к выходу которого присоединен измерительный механизм магнитоэлектрической системы. Классы точности этих приборов 1,0—1,5. Микровольтметры, состоящие из электронного усилителя с подключенным к его выходу прибором магнитоэлектрической системы, имеют приблизительно аналогичные характеристики по точности, но обладают более высоким входным сопротивлением и несколько меньшей чувствительностью.
Милливольтметры магнитоэлектрической системы используются для измерения напряжений от 10 -4 В и отличаются простотой и удобством в эксплуатации. Классы точности милливольтметров не лучше 0,2; 0,5.
|
|
Измерение средних токов и напряжений. К средним токам и напряжениям условно можно отнести токи в диапазоне от 10 мА до 50—100 А и напряжения от 10 мВ до 600 В. Для измерения средних постоянных токов можно использовать прямые и косвенные измерения. Для измерения напряжений используют только прямые измерения.
При прямых измерениях ток и напряжение можно измерять приборами магнитоэлектрической, электромагнитной, электродинамической и ферродинамической систем, а также электронными и цифровыми приборами, Напряжение можно измерять приборами электростатической системы и потенциометрами постоянного тока.
Постоянные токи от 1 мкА до 6 кА и напряжения от 1 мВ до 1,5 кВ обычно измеряют приборами магнитоэлектрической системы. В микро- и миллиамперметрах этой системы весь ток протекает через рамку измерительного механизма. Этот ток, как правило, не превышает 20—50 мА. Для расширения пределов измерения измерительного механизма по току используют шунты, а по напряжению — добавочные резисторы.
Амперметры и вольтметры магнитоэлектрической системы успешно сочетают высокую точность с малым потреблением мощности и имеют равномерную шкалу. Наиболее точные приборы магнитоэлектрической системы, предназначенные для измерения средних токов и напряжений, имеют классы точности 0,1; 0,2.
Приборы электродинамической системы предназначены для измерения токов от 10 мА до 100 А и напряжений от 100 мВ до 600 В. По точности они эквивалентны приборам магнитоэлектрической системы, но потребляют значительно большую мощность и имеют неравномерную шкалу.
Приборы ферродинамической системы применяются для измерения постоянных токов и напряжений очень редко из-за низкой точности и большой потребляемой мощности.
Приборы электромагнитной системы используются для измерения токов от 10 мА до 200 А и напряжений от 1 В до 75 В. Наиболее точные приборы этой системы имеют классы точности 0,2; 0,5. Их главное достоинство — низкая стоимость.
Для измерения постоянных напряжений в диапазоне от нескольких вольт до нескольких сотен киловольт применяются также электростатические вольтметры. Их преимущество заключается в ничтожном потреблении мощности от объекта измерения. Наиболее точные приборы этой системы имеют класс точности 0,05. Однако точные электростатические приборы очень сложны и дороги и выпускаются в небольшом количестве. Подавляющее же большинство вольтметров этой системы имеет классы точности 0,5; 1,0 и 1,5.
При напряжениях, не превышающих 600 В, вместо приборов электростатической системы можно применять вольтметры электронной системы. Они также потребляют ничтожную мощность. Класс точности электронных вольтметров постоянного тока невысокий: лучшие из них имеют классы точности 0,5; 1,0.
В тех случаях, когда необходимо измерить напряжение или ток с высокой точностью, используют потенциометры постоянного тока, цифровые вольтметры и амперметры. Классы точности наиболее точных потенциометров 0,001; 0,002, цифровых вольтметров 0,002; 0,005, цифровых амперметров 0,02. Цифровые вольтметры измеряют напряжение до нескольких тысяч вольт, а цифровые амперметры — ток до нескольких ампер. Потенциометрами постоянного тока при использовании делителей напряжения можно измерять напряжение до 1000В.
Измерение тока при помощи потенциометра проводят косвенным путем — искомый ток определяют по падению напряжения на образцовом резисторе. Погрешность измерения в этом случае возрастает за счет погрешностей образцового резистора. Преимуществом потенциометров и цифровых приборов является малое потребление мощности, особенно при измерении напряжений.
|
|
Ток можно также найти, измерив падение напряжения на образцовом резисторе при помощи вольтметров электростатической или электронной систем. Однако для средних токов этот способ распространения не получил, так как измерение с помощью магнитоэлектрических амперметров проще, удобнее и, как правило, точнее.
Измерение больших токов и напряжений. Шунтирование магнитоэлектрических приборов дает возможность измерять постоянные токи до нескольких тысяч ампер. Отдельные шунты на токи свыше 10 кА не изготовляются вследствие их больших размеров и большой стоимости. Поэтому для измерения больших токов часто используют несколько шунтов, соединенных параллельно.
Для измерения постоянного напряжения до 6 кВ чаще всего применяют магнитоэлектрические вольтметры с добавочными резисторами.
При больших напряжениях использование добавочных резисторов сопряжено с большими трудностями, вызванными их громоздкостью и значительной потребляемой ими мощностью. В этих случаях применяют электростатические вольтметры, позволяющие измерять напряжение до 300 кВ или включают обычные вольтметры через измерительные трансформаторы постоянного напряжения.
Контрольные вопросы
1. Измерение малых токов и напряжений?
2. Измерение средних токов и напряжений?
3. Измерение больших токов и напряжений?
4. Когда применяют электростатические вольтметры?
Литература:
1. Малиновский В.Н. Электрические измерения. М., Энергоиздат, 1983, с.392.
2. Попов B.C. Электрические измерения. М., Энергия, 1974, с.398.
3. Гуржій А.М., Поворознюк Н.І. Електричні і радіотехнічні вимірювання. Київ, Навчальна книга, 2002, с.287.