Метод построения амперметров и вольтметров непосредственной оценки

Магнитоэлектрический, электромагнитный, электродинамический измерительные механизмы можно применять для измерения тока (амперметр) и напряжения (вольтметр).

При изменении тока какой-либо ветви механизм включают последовательно с другими элементами этой ветви, а при измерении напряжения – параллельно участку цепи, между выводами которого измеряется напряжение. Поскольку измерительные механизмы имеют весьма высокую чувствительность, то в большинстве случаев их применяют для измерения тока и напряжения совместно с дополнительными устройствами, предназначенных для расширения пределов измерения.

Для расширения пределов измерения значений тока параллельно измерительному механизму включают резистивный элемент (рис. 4.1, ), называемый шунтом. Необходимое сопротивление шунта , где сопротивление измерительного механизма без шунта; число, показывающее, во сколько раз должен быть увеличен предел измерений.

Шунты изготавливаются из металла, сопротивление которого мало зависит от температуры, например из магнита.

Для расширения пределов измерения значений напряжения последовательно с измерительным механизмом включают добавочные резисторы (рис. 1, ), которые образуют делитель напряжения.

Рис. 4.1. Схемы расширения пределов измерения

Необходимое сопротивления добавочного резистора

,

где сопротивление измерительного механизма без добавочного резистора; число, показывающее, во сколько раз должен быть увеличен предел измерений.

Включая различные добавочные резисторы, вольтметр можно применять для измерения напряжений в различных диапазонах значений, что при правильно выбранном диапазоне уменьшает погрешность измерений.

У амперметров электромагнитной системы для расширения пределов измерения в большинстве случаев катушку выполняют секционированной, с отводами.

Приборы с преобразователями в большинстве случаев состоят из комбинации магнитоэлектрического измерителя с вентилями (выпрямительные приборы) или с термоэлементами (термоэлектрические приборы).

В выпрямительных приборах (рис. 4.2) высокочувствительный и точный магнитоэлектрический измерительный механизм применяется для изменений в цепях переменного тока. Вместо мостовой схемы (рис. 4.2, ) может быть и

Рис. 4.2. Схемы выпрямительных приборов

другая схема выпрямления, но во всех случаях необходима схема преобразования переменного тока в пульсирующий.

В схеме рис. 4.2, диод и измерительный механизм образует однополупериодный выпрямитель. Вследствие инерционности подвижной части магнитоэлектрического механизма угол отклонения его стрелки пропорционален среднему значению выпрямленного тока. В течении отрицательного полупериода цепь тока замыкается через диод и резистор, минуя измерительный механизм, что позволяет избежать искажения формы кривой тока в рабочеё цепи. Кроме того, диод и резистор с сопротивлением , равным сопротивлению измерительного механизма, предназначены для уменьшения обратного напряжения на диоде .

Рис. 4.3. Схема термоэлектрического прибора

В мостовой схеме (рис. 4.2, ) ток через измерительный механизм проходит в течение положительного и отрицательного полупериодов. Поэтому чувствительность прибора с двухполупериодным выпрямителем в 2 раза больше чувствительности с однопулопериодным выпрямителем.

Пределы измерения выпрямительных приборов расширяются также при помощи шунтов, добавочных резисторов и делителей напряжения.

Основные достоинства выпрямительных приборов – высокая чувствительность,малая потребляемая мощность измерительного механизма, возможность работы на повышенных частотах (до 50 кГц). Точность выпрямительных приборов относительно не высока – класс точности 1,5; 2,5.

Термоэлектрический прибор представляет собой соединение одного или нескольких термопреобразователей с магнитоэлектрическим измерительным механизмом (рис. 4.3). Термопреобразователь в свою очередь состоит из одного или нескольких термоэлементов (термопар), подогреваемых нагревателем с измеряемым током.

Термо-ЭДС преобразователя очень мала, поэтому термоэлемент должен подключаться к измерительному механизму высокой чувствительности по напряжению. Термо-ЭДС наиболее распространённых типов термопар преобразователей (хромель – копель, железо – константан и др.) составляет примерно 30 – 50 мВ при нагреве до 600 - 1000 .

Термоэлектрические приборы применяются для измерений только в цепях переменного тока. Шкала термоэлектрического прибора неравномерна и приблизительно квадратична. Это объясняется тем, что ток в магнитоэлектрическом механизме пропорционален термо-ЭДС, которая пропорциональна температуре спая, а последняя зависит от количества выделяющегося тепла, пропорционального квадрату тока в подогревателе.

Основным достоинством термоэлектрических приборов является высокая точность измерений в широком диапазоне частот (до 100 МГц). К недостаткам приборов следует отнести большую чувствительность к перегрузкам и ограниченный срок службы термопреобразователей.