Схемы включения амперметра и вольтметра. Шунты. Добавочные сопротивления

Амперметр и вольтметр, имея одинаковые по устройству измерительные механизмы, отличаются параметрами и внутренними измерительными схемами и, кроме того, они различным образом включаются в испытываемую цепь.

Для измерения тока в приемнике энергии необходимо амперметр включить в разрыв цепи последовательно сприемником (рис.). В этом случае токи через амперметр и приемник одинаковы . Ток I_а, проходящий по амперметру, создает вращающий момент и вызывает поворот его подвижной части на угол, по которому определяют ток амперметра. Как и всякий измерительный прибор, амперметр не должен изменять параметры цепи и режим ее работы. Следовательно, сопротивление амперметра r_а должно быть малым по сравнению с сопротивлением

приемника r_а<<R_пр. В этом случае токи в приемнике до включения амперметра и после его включения , будут приближенно равны . Кроме того, необходимо, чтобы мощность, потребляемая амперметром , была незначительна по сравнению с мощностью, потребляемой приёмником .

Для измерения напряжения на приемнике энергии его зажимы необходимо соединить с зажимами вольтметра (рис.) так, чтобы напряжение на приемнике и на вольтметре было одинаковым, то есть U_x=U_np. По закону Ома ток вольтметра . Ток I_x вызывает поворот подвижной части прибора на угол α, зависящий от I_x, и, следовательно, от U_x, то есть .

Таким образом, по углу поворота подвижной части вольтметра α определяют напряжение на его зажимах. В противоположность амперметру сопротивление вольтметра должно быть большим по сравнению с сопротивлением приемника энергии, с тем, чтобы его включение не изменило режим работы цепи, а потребляемая мощность , как и в случае амперметра, должна быть малой по сравнению с мощностью, потребляемой приемником .

Два расширения предела измерения тока измерительного механизма применяется шунт. Шунт представляет собой сопротивление, включаемое в цепь измеряемого тока параллельно измерительному механизму.

Очевидно, что I=I_и+I_ш, а токи в параллельных ветвях обратно пропорциональны сопротивлениям . Ток через шунт I_ш=I–I_и. Тогда , где - шунтирующий множитель, показывающий во сколько раз измеряемый ток I больше тока I_и измерительного механизма, или во сколько раз расширяется предел измерения тока.

Таким образом, измеряемый ток определяется произведением цены деления измерительного механизма, показания прибора и шунтирующего множителя.

Из приведенного выражения шунтирующего множителя следует, что , то есть для расширения предела измерений в p раз необходим шунт с сопротивлением в (p-1) раз меньшим сопротивления измерительного механизма.

Шунты изготавливаются из манганина и снабжаются двумя парами зажимов: токовыми для включения в цепь и потенциальными для присоединения измерительного механизма. Такое включение устраняет погрешности от контактных явлений (рис.).

По точности шунты делятся на классы 0,02; 0,05; 0,10; 0,20; 0,50 и 1,00. Число класса точности обозначает допустимое отклонение сопротивления в процентах от его номинального значения.

Добавочные сопротивления применяются для расширения предела измерения напряжения и для исключения влияния температуры на сопротивление вольтметра. Добавочные сопротивления изготавливаются из манганина и включаются последовательно с измерительным механизмом (рис.). Если предел измерения напряжения измерительного механизма необходимо расширить в p раз, то можем записать: , откуда добавочное сопротивление: ,

то есть, оно должно быть в (p-1) раз больше сопротивления измерительного механизма. Величину p называют множителем добавочного сопротивления. .

Добавочное сопротивление не только расширяет предел измерения напряжения, но и уменьшает температурную погрешность вольтметра, так как температурный коэффициент всего вольтметра α связан с температурным коэффициентом медной обмотки измерительного механизма (с учетом того, что α_{манганина}=0) соотношением .

Калиброванные добавочные сопротивления, как и шунты, делятся на классы точности: 0,02; 0,05; 0,10; 0,20; 0,50 и 1,00. Они изготовляются на номинальные токи 0,5; 1,0; 3.0; 5,0; 7,5; 15 и 30 мА.