Измерение переменного тока

Для измерения переменного тока в зависимости от его диапазона частот должны выбираться различные измерительные приборы.

Для измерения тока промышленной частоты – 50 Гц - 1000 Гц, можно использовать приборы непосредственной оценки на основе электромагнит­ной и электродинамической систем.

Напомним, что принцип действия электромеханических приборов элек­тромагнитной системы основан на явлении втягивании стальной пластины, соединённой с отсчётной стрелкой, магнитным полем катушки, в которой протекает измеряемый ток I. Уравнение шкалы прибора имеет вид:

α=k·I²

Из этого выражения следует, что отклонение подвижной части α изме­рительного механизма зависит от квадрата измеряемого тока и может ис­пользоваться для измерения действующих значений переменных токов про­извольной формы, если спектр соответствующих сигналов не выходит за пределы рабочего диапазона частот прибора. При измерении переменных на­пряжений шкала прибора градуируется в единицах √I²; кроме того, подбором формы стальной пластины (за счёт изменения её индуктивности) удаётся по­лучить, практически, равномерную шкалу, начиная с 20%-25% верхнего пре­дела измеряемой величины.

Амперметры магнитоэлектрической системы выпускаются для измере­ния токов до 200А - 250А на частотах до 1500 Гц классов точности 0.5, 1.0, 2.5. Для расширения пределов измерения тока применяются измерительные трансформаторы, а не шунты.

Принцип действия измерительных приборов электродинамической сис­темы основан на взаимодействии двух магнитных потоков, создаваемых из­меряемым током, протекающим по двум катушкам, одна из которых под­вижна. В результате взаимодействия магнитных полей катушек и противо­действующей пружины подвижная катушка поворачивается на некоторый угол, пропорциональный квадрату измеряемого тока. Приборы этой системы также используются для измерения действующих значений переменного тока.

При измерении токов частотой 20 Гц - 100 кГц в составе измерительных приборов применяют преобразователи переменного тока в постоянный. Как правило, в качестве таких преобразователей используются одно или двухпо­лупериодные диодные выпрямители (см., соответственно, рис. 1а и 1б).

В первом случае (см. рис. 1а) через прибор протекает ток I_пр, определяе­мый выражением:

I_пр=I_ср=1/T∫I_m|sinωt|dt=I_m/π

во втором (см. рис. 1б):

I_пр=I_ср=1/T∫I_m|sinωt|dt=2·I_m/π

Таким образом, выпрямительные приборы измеряют средневыпрямленное значение переменного тока. Однако, обычно шкалы выпрямительных приборов гра­дуируют в действующих значениях переменного тока.

Рис. 1. Измерение тока с помощью выпрямительных приборов

Напомним, что при измерении значений переменных токов, форма кото­рых известна и отличается от синусоидальной, получение верного значения измеряемой величины требует перерасчёта по формуле:

I_нс=I_пр·k_фнс/k_фс

где: I_нс – действующее значение тока несинусоидальной формы;

I_пр – показания прибора;

k_фнс – коэффициент формы несинусоидального сигнала;

k_фс – коэффициент формы синусоидального сигнала.

При измерении токов частотой до 300 МГц используются термоэлек­трические приборы.

Термоэлектрический прибор состоит из термопреобразователя, образо­ванного двумя спаянных между собой разнородными проводниками - термо­пары ТП, добавочного резистора R_д и термоэлемента ТЭ – подогревателя, и из­мерительного прибора магнитоэлектрической системы И (см. рис. 2).

Рис. 2. Структурная схема термоэлектрического прибора

Если через подогреватель термоэлемента пропускать измеряемый ток, то вследствие нагрева спая в цепи термопары и измерительного прибора будет протекать постоянный ток. Поскольку, так называемая, термо-ЭДС пропор­циональна количеству тепла, выделенному в подогревателе, то прибор тер­моэлектрической системы измеряет действующее значение переменного тока любой формы.