В настоящее время различают два типа электроизмерительных приборов: аналоговые и цифровые. Ниже рассматриваются аналоговые электроизмерительные приборы для измерения постоянного тока и напряжения.
Приборы, показания которых зависят от силы тока, получили общее название гальванометров. В основе их принципа действия могут лежать различные действия тока: магнитное, тепловое и другие.
Наиболее распространенными являются гальванометры магнитоэлектрической системы, основанные на взаимодействии магнитного поля постоянного магнита с рамкой (катушкой) с током, по которой протекает измеряемый ток. Более подробные данные об их конструкции можно найти во многих учебниках, например, школьном.
Гальванометр является высокочувствительным электроизмерительным прибором. С его помощью измеряют очень малые величины силы тока порядка миллиампера и менее. Так как катушка гальванометра имеет некоторое сопротивление, то протекающий по ней ток создает на нем небольшое напряжение. Его величину можно найти воспользовавшись законом Ома: U = IR.
|
|
Гальванометр является основой амперметра и вольтметра. Подключая к нему дополнительные сопротивления различными способами: параллельно или последовательно, получаем амперметр или вольтметр соответственно. Ниже рассматриваются способы расчета указанных сопротивлений.
Внимание! В настоящее время термин «гальванометр» в технике практически не употребляется. Исторически, его возникновение связано с именем Луиджи Гальвани (1737-1797). Как известно, электрический ток измеряется в амперах, миллиамперах и микроамперах. Около шкал указанных приборов (посередине) ставят следующие соответствующие символы: А, mA, mA. Обычно термин «гальванометр» отождествляется с термином микроамперметр.
Измерение токов. Амперметры включаются в цепь последовательно и для того, чтобы не изменять величину измеряемого тока, их изготовляют с возможно малым внутренним сопротивлением. Для расширения пределов измерений к амперметру параллельно присоединяется проводник, называемый шунтом.
Расчет шунта. По закону Кирхгофа в разветвленной цепи сумма токов равна току до разветвления (Рис.1.):
I=I а +I ш (1)
Если разность потенциалов между точками А и В равна U, то по закону Ома для однородного участка цепи:
U=I а R a =I ш R ш (2),
где R а -сопротивление амперметра, R ш -сопротивление шунта.
Подставляя I ш в формулу (2), найденное из
выражения (1), получим: I a R a = (I-I a) R ш,
откуда I = I a ( +1) (3)
Таким образом, по формуле (3) сила тока I может быть легко вычислена, если известны R a, R ш и I а - показание амперметра.
Из формулы (3) вытекает также условие для выбора шунта. Пусть вся шкала измерительного прибора рассчитана на ток I a и нам необходимо присоединить шунт, чтобы пределы измерения увеличить в N раз, т.е. так, чтобы
|
|
I = I а N (4)
Сравнивая формулу (4) с выражением (3), получим
N = +1 (5)
откуда R ш = (6)
При включении шунта, рассчитанного таким образом, цена деления прибора возрастает в N раз.