Курсовая работа (стр. 3 )

Так как

то ток в цепи при заданной нагрузке:

       где IА - показание амперметра.

Если шкалу амперметра отградуировать с учетом шунта, то мож­но определять значение измеряемого тока /непосредственно по по­казаниям прибора.

При измерении переменных токов шунты не применяют. Это объясняется тем, что распределение токов между шунтом и ампер­метром определяется не только их активным сопротивлением, но и реактивным сопротивлением прибора, которое зависит от частоты. Поэтому для расширения пределов измерения амперметров в цепях переменного тока используют измерительные трансформаторы тока. Их мы рассмотрим чуть позже.

3.2. Измерение напряжения

Электроизмерительные приборы, предназначенные для измере­ния напряжения, называют вольтметрами. Их включают параллель­но участку (элементу) электрической цепи, на котором измеряется напряжение. Вольтметр должен иметь очень большое сопротивле­ние по сравнению с сопротивлением элемента цепи, на котором измеряется напряжение. Это необходимо для уменьшения погреш­ности измерения и для того, чтобы не было изменения режима ра­боты цепи. В самом деле, чем больше сопротивление вольтметра, тем меньший ток проходит через него и тем меньше расходуется в нем энергии, а, следовательно, тем меньшее влияние оказывает включение прибора на режим работы цепи.

Для расширения пределов измерений вольтметров в цепях посто­янного тока с напряжением до 1000-4500 В служат добавочные ре­зисторы, включаемые последовательно с прибором (рис. 3.8). В це­пях переменного тока напряжением свыше 1000 В для расширения пределов измерений используют измерительные трансформаторы напряжения.

откуда rД =rv(п-1) и фактически измеряемое напряжение

При включении последовательно с вольтметром добавочного резистора сопротивление последнего определяют из следующих соображений: допустим, вольтметром с сопротивлением /у, рассчи­танным на номинальное напряжение UH0M, необходимо измерить напряжение Uxmax, которое в п раз больше UH0M. В этом случае не­обходимо соблюдать условие, при котором ток, проходящий через вольтметр, был бы одинаковым при обоих напряжениях, т. е.

где Ну - показание вольтметра.

Шкалу вольтметров в большинстве случаев градуируют с учетом добавочного сопротивления гд. При этом вольтметр может быть выполнен на несколько пределов измерения, для чего он снабжа­ется несколькими добавочными сопротивлениями и соответствую­щим переключателем шкалы на лицевой стороне прибора.

Для измерения напряжения в цепях постоянного тока применя­ют магнитоэлектрические вольтметры, а в цепях переменного тока - электромагнитные и электродинамические. При измерении малых переменных напряжений используют выпрямительные и электрон­ные милливольтметры, причем при повышенных частотах преиму­щественно электронные.

Как уже было отмечено, измерение напряжений сверх 1000 В и токов выше 5 А в цепях переменного тока производится с помощью специальных измерительных трансформаторов напряжения и тока (рис. 3.9, а - измерение напряжений; б - измерение тока).

где Ui - показание вольтметра PV; КUД - действительный коэффи­циент трансформации трансформатора напряжения.

Измеряемый ток при использовании трансформатора тока ТА

Измеряемое напряжение при использовании трансформатора TV

где 1A - показание амперметра РА; к1Д - действительный коэффи­циент трансформации трансформатора тока, который совпадает с номинальным кIH только при номинальной нагрузке потребителя на сеть.

3.3. Измерение мощности и энергии в электрических цепях

В цепи постоянного тока мощность может быть измерена с по­мощью амперметра и вольтметра, так как Р =I U. Однако более точно ее можно измерить электродинамическим ваттметром (рис. ЗЛО). Он состоит из катушки с малым сопротивлением, вклю­ченной, как амперметр, последовательно и называемой токовой обмоткой, и подвижной катушки с большим сопротивлением, вклю­чаемой параллельно и называемой обмоткой напряжения.

Вращающий момент ваттметра пропорционален произведению токов в катушках:

где I - ток в неподвижной катушке, практически равный току на­грузки;- ток в подвижной катушке, т. е. в обмотке напря­жения; rU - сопротивление цепи подвижной катушки. Следовательно,

где С - коэффициент пропорциональности.

Таким образом, вращающий момент ваттметра пропорционален мощности и его шкала может быть отградуирована непосредствен­но в ваттах или киловаттах.

Для измерения активной мощности в цепях переменного тока применяют ваттметры электродинамической системы. Их включа­ют так же, как и при измерениях в цепи постоянного тока. Так как ток 1и в подвижной катушке пропорционален напряжению U и практически совпадает с ним по фазе (сопротивление цепи обмот­ки напряжения ваттметра практически можно считать активным), а ток I в неподвижной катушке (токовой обмотке) равен току на­грузки, то вращающий момент ваттметра

где С - коэффициент пропорциональности.

Итак, вращающий момент ваттметра пропорционален измеряе­мой активной мощности Р, а противодействующий момент МПР про­порционален углу поворота а подвижной катушки (или стрелки при­бора). Поэтому отклонение стрелки прибора пропорционально измеряемой мощности Р и, следовательно, шкалу ваттметра градуи­руют в ваттах или киловаттах.

Зажимы токовой обмотки и обмотки напряжения ваттметра, по­меченные звездочками и называемые генераторными, следует под­ключать в электрическую цепь со стороны источника питания.

В зависимости от характера нагрузки и схемы трехфазной цепи применяется различные способы измерения мощности.

3.4 Измерение сопротивлений

Метод вольтметра и амперметра  (миллиамперметра)

Для измерений по этому методу нужны два прибора (рис. 12.22 а и б). Сопротивление определяется по закону Ома. Схема рис. 12.22 а применяется для сопротивлений, во много раз меньших, чем сопротивление вольтметра, а схема по рис. 12.22 б— для сопротивлений, значительно больших, чем сопро­тивление амперметра. Можно пользоваться одним амперметром, если напря­жение источника известно и его внутреннее сопротивление невелико.

Сопротивление порядка десятков мегомов и больше можно измерить, при­соединив его последовательно с микроамперметром к источнику тока на 100—300 в. Например, если источник имеет 200 в и микроамперметр на 100 мка при таком измерении показал ток 8 мка, то сопротивление равно

Чтобы не сжечь микроамперметр, надо последовательно включить предо­хранительное сопротивление, величина которого равна напряжению источ­ника, деленному на ток, соответствующий полному отклонению стрелки прибора. В рассмотренном примере такое сопротивление равно

и тогда истинное значение Rx при величине тока 8 мка равно 23 Мом.

Метод  замещения

Гальванометр, миллиамперметр или вольтметр включается поочередно по­следовательно с измеряемым сопротивлением Rx и с магазином сопротив­лений (рис. 12.22 в). Величину Rx определяют, подбирая на магазине сопро­тивление, при котором отклонение стрелки прибора такое же, как и при Rx. Метод дает большую точность и не требует точно градуированного прибора.

Метод сравнения

Измеряемое сопротивление Rx включается последовательно с известным сопротивлением R (рис. 12.22 г), и с помощью вольтметра, имеющего сопротив­ление много больше Rx и R, измеряют напряжения на этих сопротивлениях U1 и U2. Величину Rx можно  найти  из  пропорции: откуда

Чем ближе друг к другу величины Rx и R, тем точнее измерение.

Метод вольтметра

Этот метод (рис. 12.22 д) является наиболее простым, хотя не вполне точ­ным. Для него требуется только один вольтметр с известным сопротивлением Rв. Если оно неизвестно, то надо его измерить. Иногда на вольтметре бы­вает указан ток, потребляемый при полном отклонении стрелки. Тогда мож­но найти Rв разделив  напряжение, соответствующее этому отклонению, на

ток. Сначала измеряют напряжение источника U1 а затем последовательно включают сопротивление Rx.

При этом вольтметр покажет напряжение U2 меньшее, чем U1. Величина Rx определяется по формуле

Наибольшая точность измерениябудет при Rx=Re. He следует такой метод применять для  измерения  сопротивлений, меньших, чем 0,1 Rв или

больших, чем 10 Rв. Источник тока должен иметь малое внутреннее сопро­тивление, чтобы напряжение U1 при изменении сопротивления цепи остава­лось практически постоянным. Если же он имеет значительное внутреннее со­противление (например, выпрямитель), то следует его нагрузить на сопротив­ление, много меньшее, чем Rв (рис. 12.22 е). Тогда изменение сопротивления цепи вольтметра не будет заметно изменять напряжение источника.