Схемы включения амперметра и вольтметра. Расширение пределов измерения

В амперметрах ток, проходящий по прибору, создает вращающий момент, вызывающий отклонение его подвижной части на угол, зависящий от этого тока. По этому углу отклонения определяют величину тока амперметра.

Для того, чтобы амперметром измерить ток в каком-то приемнике энергии, необходимо амперметр соединить последовательно с приемником с тем, чтобы ток приемника и амперметра был один и тот же. Сопротивление амперметра должно быть мало по сравнению с сопротивлением приемника энергии, последовательно с которым он включен, с тем, чтобы его включение практически не влияло на величину тока приемника (на режим работы цепи). Таким образом, сопротивление амперметра должно быть малым и тем меньшим, чем больше его номинальный ток. Например, при номинальном токе 5 А сопротивление амперметра составляет rа= (0,008 - 0,4) ом. При малом сопротивлении амперметра мала и мощность потерь в нем.

Рис. 1. Схема включения амперметра и вольтметра

При номинальном токе амперметра 5 А мощность потерь Pа = Iа²r = (0,2 - 10) Ва. Напряжение, приложенное к зажимам вольтметра вызывает в его цепи ток. При постоянном ток зависит только от напряжения, т.е. Iv = F(Uv). Этот ток, проходя но вольтметру, так же как и в амперметре, вызывает отклонение его подвижной части на угол, зависящий от тока. Таким образом, каждому значению напряжения на зажимах вольтметр будут соответствовать вполне определенные значения тока и угла поворота подвижной части.

Для того чтобы по показанию вольтметра определить напряжение на зажимах приемника энергии или генератора, необходимо его зажимы соединить с зажимами вольтметра так, чтобы напряжение на приемнике (генераторе) было равно напряжению на вольтметре (рис. 1).

Сопротивление вольтметра должно быть большим по сравнению с сопротивлением приемника энергии (или генератора) с тем, чтобы его включение не влияло на измеряемое напряжение (на режим работы цепи).

Пример. К зажимам цепи с двумя последовательно соединительными приемниками (рис. 2), имеющими сопротивления r1=2000 ом и r2=1000 ом, приложено напряжение U=120 В.

Рис. 2. Схема включения вольтметра

При этом на первом приемнике напряжение U1=80 В, а на втором U2=40 В.

Если параллельно первому приемнику включить вольтметр с сопротивлением rv=2000 ом для измерения напряжения на его зажимах, то напряжение как на первом, так и на втором приемниках будет иметь значение U'1=U'2=60 В.

Таким образом, включение вольтметра вызвало изменение напряжения на первом приемнике с U1=80 В до U'1= 60 В, т. е. погрешность в измерении напряжения, обусловленная включением вольтметра равна ((60 В - 80 В)/80 В) х 100% = -25%

Таким образом, сопротивление вольтметра должно быть большим и тем большим, чем больше его номинальное напряжение. При номинальном напряжении 100 В сопротивление вольтметра rv = (2000 - 50000) ом. Вследствие большого сопротивления вольтметра мала мощность потерь в нем.

При номинальном напряжении вольтметра 100 В мощность потерь Рv = (Uv²/rv) Ва.

Из изложенного следует, что амперметр и вольтметр могут иметь измерительные механизмы одинакового устройства, отличающиеся только своими параметрами. Но амперметр и вольтметр различным образом включаются в измеряемую цепь и имеют разные внутренние (измерительные) схемы.

Напряжение и ток в сетях постоянного тока измеряют магнитоэлектрическими приборами (вольтметрами, амперметрами) (рис. 1.1, а). Для расширения пределов измерения вольтметров применяют добавочные сопротивления (Лдоб), а для амперметров — шунты. Схема включения приборов в сеть показана на рис. 1.1, б.
Измерение напряжения, тока и мощности в сетях переменного тока производится электродинамическими приборами (вольтметрами, амперметрами, ваттметрами).
Схема включения амперметра и вольтметра в однофазную сеть через трансформаторы тока и напряжения приведена на рис. 1.2.
Схема включения амперметра и вольтметра в трехфазную сеть через трансформаторы тока и напряжения приведена на рис. 1.3.
Для измерения напряжения и тока широко применяют также электромагнитные приборы.

Рис. 1.1. Схемы включения вольтметра и амперметра в электрическую цепь
Включение амперметров через трансформатор тока позволяет осуществлять замену приборов путем замыкания вторичной цепи трансформатора, не нарушая электроснабжения.
Эти приборы включаются в сеть через трансформаторы тока и напряжения.
Измерение напряжения и тока в сетях высокого напряжения производится электродинамическими и электромагнитным приборами, измерение мощности — электродинамическими приборами.

Рис. 1.3. Включение амперметров в вольтметров в трехфазную цепь

Рис. 1.2. Схемы включения амперметра и вольтметра в однофазную сеть через трансформаторы тока и напряжения