Методы измерения постоянных токов и напряжений

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.

Еще меньшие токи измеряют косвенно — неизвест­ный ток определяют по падению напряжения на высокоомном резисторе или по заряду, накопленному конденса­тором. В качестве приборов используются баллистичес­кие гальванометры (минимально измеряемый ток К)-¹² А) и электрометры (ми­нимально измеряемый ток 10-¹⁷ А, при этом через попе­речное сечение проводника проходит всего 62 электрона в секунду).

Электрометрами называют приборы высокой чувствитель­ности по напряжению с очень большим входным сопротивле­нием (порядка 10¹⁰—10¹⁵Ом). Механизм электрометра представляет собой разновидность механизма электростати­ческого прибора

                     Рис. 1. Схема устройства квадрант­ного электрометра.

который имеет один подвижный и не­сколько неподвижных электродов, находящихся под раз­ными потенциалами.

Широкое распространение получили квадрантные электрометры (рис. 1), у которых подвижная часть 1 с зеркалом 2 закреплена на подвесе 3 и расположена внутри четырех неподвижных электродов 4 (квадрантов). На рис1 приведена одна из схем соединения электро­дов, обладающая наибольшей чувствительностью. Изме­ряемое напряжение U _х включается между подвижной частью и общей точкой, а на квадранты от вспомогатель­ных источников подаются постоянные напряжения U, значения которых равны, но противоположны по знаку.

Рис. 2. Схемы измерения очень малых токов.

а — электрометром по падению напряжения на резисторе

На рис. 2, а приведена схема измерения тока с по­мощью электрометра Э, измеряющего падение напряже­ния U _о=1хЯо на высокоумном резисторе R о. Ключ пред­назначен для снятия заряда с конденсатора, образован­ного подвижным и неподвижными электродами электро­метра. Препятствием к измерению очень малых токов яв­ляется нестабильность нулевого положения электромет­ра — медленное одностороннее смещение указателя отсчетного устройства и хаотические колебания указателя около его среднего положения — вследствие флюктуационных помех.

Для измерения малых постоянных напряжений мож­но использовать магнитоэлектрические гальванометр - можно измерять напряжения порядка 10"~⁷—10~⁸,

потенциометры постоянного тока - 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%.

стрелочные магнитоэлектрические приборы - ис­пользуются для измерения напряжений от 10-4 В и от­личаются простотой и удобством в эксплуатации

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.

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.

Несколько одинаковых шунтов подключают в разрыв шины, а проводники от потенциальных зажимов всех шунтов подводят к одному и тому же прибору. При ра­венстве сопротивлений Rшунтов и сопротивлений R _о по­тенциальных проводников наличие переходных сопротив­лений в местах присоединения шунтов к шинам

Но этот способ не дает возможности отделить цепь прибора от цепи измеряемого тока, что не позволяет при­менять его в цепях высокого напряжения, где требуется заземлять цепь прибора для защиты обслуживающего персонала. При измерении тока в цепях высокого напря­жения рекомендуется использовать трансформатор по­стоянного тока.

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 (вольтметр типа С101), или включают обычные вольтметры через измерительные трансформато­ры постоянного напряжения.

Запись постоянных токов и напряжений производится при помощи автоматических потенциометров или самопищущих приборов магнитоэлектрической системы.