Скидка ­ 50 %

Приборы для измерения тока напряжения сопротивления схемы подключения


Измерение токов, напряжений и сопротивлений

Измерение тока, потребляемого электрическими цепями, производится амперметрами — электроизмерительными приборами, включенными последовательно в цепь, в которой измеряется ток. Обмотку амперметра выполняют из небольшого числа витков толстого провода, поэтому она характеризуется оченьмалым сопротивлением.Малое сопротивление необходимо для того, чтобы сопротивление цепи, в которой производится измерение тока, при включении амперметра практически не изменялось. При этом мощность, потребляемая прибором, также оказывается небольшой.

Включенные таким образом амперметры используются как приборы непосредственной оценки — они показывают непосредственно числовое значение измеряемого тока.

В цепях постоянного тока в основном используются амперметры магнитоэлектрической, реже — электромагнитной систем. Обмотка амперметра может допускать ограниченное значение измеренного тока. Для расширения предела измерения амперметра в электрических цепях постоянного тока используют шунты — специальные тарированные резисторы, включаемые параллельно с амперметром (рис. 4, а).

Сопротивление шунта Rш, как следует из схемы (рис. 4,а), включено параллельно сопротивлениюRаобмотки амперметра, поэтому токIэлектрической цепи распределяется по соответствующим параллельным ее ветвям обратно пропорционально сопротивлениям:

Iа / Iш = Rш / Rа, Iш = Iа Rа / Rш ,

где Iш— ток в цепи шунта;Iа— ток в цепи амперметра (показание амперметра).

а)б)

Рис. 4

Для схемы (см. рис. 4, а) справедливо следующее соотношение между токами :

I = Iа + Iш.

С учетом этого измеряемый ток в электрической цепи можно определить по показаниям амперметра и известным значениям сопротивлений обмотки амперметра и шунта:

I =  (1 + Rа/Rш)Iа = KшIа,

где шунтирующий множитель Кш= 1 +Rа/Rш.

Из уравнения видно, что для расширения предела измерения амперметра в 2 раза сопротивление шунта должно быть таким же маленьким, как и сопротивление амперметра Rш= Rа. Для увеличения предела измерений вNраз сопротивление шунта должно быть меньше сопротивления амперметра в (N – 1) раз:

Rш = Rа / (N – 1).

В ряде случаев шкала амперметра градуируется с учетом наличия шунта, при этом измеряемый ток в электрической цепи отсчитывается непосредственно по шкале прибора.

Измерение напряженияв электрических цепях осуществляется с помощью вольтметров — электроизмерительных приборов, включенных параллельно участку цепи, на котором измеряется напряжение. Обмотку вольтметра выполняют из большого числа витков тонкого провода, поэтому она характеризуется оченьбольшим сопротивлением.Большое сопротивление необходимо для того, чтобы сопротивление участка цепи, на котором производится измерение напряжения, при включении вольтметра практически не изменялось. При этом мощность, потребляемая прибором, оказывается небольшой.

Включенные таким образом вольтметры используются как приборы непосредственной оценки — они показывают непосредственно числовое значение измеряемого напряжения.

В цепях постоянного тока обычно используются вольтметры магнитоэлектрической и электромагнитной систем. С целью расширения предела измерения вольтметров последовательно с обмоткой включают тарированные добавочные резисторы, помещаемые внутри прибора или отдельно от него (см. рис. 4, б).

При наличии добавочного сопротивления Rдоб, включенного последовательно с обмоткой вольтметра, имеющей сопротивлениеRв, подлежащее измерению напряжениеUраспределяется пропорционально этим сопротивлениям:

Uв / Uдоб = Rв / Rдоб , Uдоб = UвRдоб / Rв ,

где Uв— напряжение на зажимах вольтметра (показания вольтметра);Uдоб— напряжение, приложенное к добавочному сопротивлению.

Измеряемое напряжение U = Uв+ Uдоб. С учетом этого измеряемое напряжение определяют по показаниям вольтметраUви известным сопротивлениям обмотки вольтметра и добавочного сопротивления:

U = (1 + Rдоб/Rв)Uв = KдобUв,

где добавочный множитель Кдоб= 1 +Rдоб /Rв.

Для расширения пределов измерения значений напряжения в Nраз сопротивление добавочного сопротивления должно быть больше большого внутреннего сопротивления вольтметра в (N ‑ 1)раз.

Rдоб = Rв(N  1).

Во многих случаях шкала вольтметра градуируется с учетом включенного последовательно с его обмоткой добавочного сопротивления, при этом измеряемое напряжение, действующее на зажимах электрической цепи, отсчитывается непосредственно по шкале прибора.

Измерение электрических сопротивленийосуществляется разными методами. Широко используется метод амперметра и вольтметра, основанный на применении закона Ома к участку электрической цепи, который содержит измеряемое сопротивление. По падению напряжения на участке цепи и току представляется возможным определить его сопротивлениеRx:

Rx = U/I ,

где U— напряжение, подводимое к измеряемому сопротивлению;I — ток в цепи измеряемого сопротивления.

Измерение больших электрических сопротивленийметодом амперметра и вольтметра осуществляется по схеме (рис. 5,а) и используется в тех случаях, когда измеряемое сопротивление значительно больше сопротивления обмотки амперметра, последовательно с которой оно включено. При этом пренебрегают падением напряжения на сопротивлении обмотки амперметра, считая, что подводимое напряжение полностью приложено к измеряемому сопротивлению. При точном определении измеряемого сопротивления с учетом ошибки, вносимой амперметром, его значение рассчитывается по формуле

Rx = (U  RаI)/I,

где Rа— сопротивление обмотки амперметра.

Измерение малых электрических сопротивленийметодом амперметра и вольтметра осуществляется по схеме  (рис. 5,б), которая позволяет исключить влияние сопротивления обмотки амперметра на точность определения измеряемого сопротивления и используется в тех случаях, когда сопротивление обмотки амперметра соизмеримо с измеряемым сопротивлением. При этом пренебрегают током через большое сопротивление обмотки вольтметраRв. Для точного определения сопротивления с учетом погрешности, вносимой вольтметром, его значение рассчитывается так:

Rx = U/(I  U/Rв).

а)б)

Рис. 5

studfiles.net

Измерение напряжения

Для измерения напряжения служат вольтметры, милливольтметры, микровольтметры различных систем. Эти приборы включаются параллельно нагрузке, поэтому сопротивление их должно быть как можно больше (примерно на два порядка больше сопротивления любого элемента цепи).

Рисунок 6 Рисунок 7

Для расширения пределов измерения вольтметра (в k раз) в цепях постоянного тока напряжением до 500В обычно применяют добавочные сопротивления Rd, включаемые в цепь последовательно с вольтметром.

Из соотношения определим,

Где Umax- наибольшее значение напряжения, которое может быть измерено вольтметром с добавочным сопротивлением;

Uвн - предельное (номинальное) значение шкалы вольтметра при отсутствии Rд.

Величина фактически измеряемого напряжения U определяется из соотношения:

; ,

где Uв - показание вольтметра.

В цепях переменного тока для изменения пределов измерения вольтметра применяют трансформаторы напряжения.

Измерение мощности. Измерение мощности в цепях постоянного и однофазного токов

Мощность в цепях постоянного тока, потребляемая данным участком электрической цепи, равна:

P=U I ,

и может быть измерена амперметром и вольтметром.

Помимо неудобства одновременного отсчёта показаний двух приборов, измерение мощности этим способом производится с неизбежной погрешностью. Удобнее измерять мощность в цепях постоянного тока ваттметром.

Измерить активную мощность в цепи переменного тока амперметром и вольтметром нельзя, т.к. мощность такой цепи зависит и от соsφ:

P=U I cosφ.

Поэтому в цепях переменного тока активная мощность измеряется только ваттметром.

Рисунок 8

Неподвижная обмотка 1-1 (токовая) включается последовательно, а подвижная 2-2 (обмотка напряжения) параллельно с нагрузкой.

Для правильного включения ваттметра один из зажимов токовой обмотки и один из зажимов обмотки напряжения отмечают звёздочкой (*). Эти зажимы, называемые генераторными, необходимо включать со стороны источника питания, объединив их вместе. В этом случае ваттметр будет показывать мощность, идущую со стороны сети (генератора) к приёмнику электрической энергии.

Измерение активной мощности в цепях трёхфазного тока

При измерении мощности трёхфазного тока применяют различные схемы включения ваттметров в зависимости от:

  • системы проводки (трёх- или четырёхпроводная);

  • нагрузки (равномерная или неравномерная);

  • схемы соединения нагрузки (звезда или треугольник).

а) измерение мощности при симметричной нагрузки; система проводки трех- или четырехпроводная:

Рисунок 9 Рисунок10

В этом случае мощность всей цепи можно измерить одним ваттметром (рисунки 9,10), который покажет мощность одной фазы Р=3Pф=3UфIфсоsφ

б) при несимметричной нагрузке мощность трёхфазного потребителя можно измерить тремя ваттметрами:

Рисунок 11

Общая мощность потребителя равна:

P=P1+P2+P3

в) измерение мощности методом двух ваттметров:

Рисунок 12

Применяется в 3-х проводных системах трехфазного тока при симметричной и несимметричной нагрузках и любом способе соединения потребителей. При этом токовые обмотки ваттметров включаются в фазы А и В (например), а параллельные на линейные напряжения UАС и UВС (или А и С  UАВ и UСА), (рис. 12).

Общая мощность P=P1+P2 .

studfiles.net

Измерение тока. Виды и приборы. Принцип измерений и особенности

Нагрузка в электрической цепи характеризуется силой тока, измерение тока в амперах. Силу тока иногда приходится измерять для проверки допустимой величины нагрузки на кабель. Для прокладки электрической линии применяются кабели разного сечения. Если кабель работает с нагрузкой выше допустимой величины, то он нагревается, а изоляция постепенно разрушается. В результате это приводит к короткому замыканию и замене кабеля.

Измерение тока рекомендуется делать в следующих случаях:

  • После прокладки нового кабеля необходимо измерить проходящий через него ток при всех работающих электрических устройствах.
  • Если к старой электропроводке подключена дополнительная нагрузка, то также следует проверить величину тока, которая не должна превышать допустимые пределы.
  • При нагрузке, равной верхнему допустимому пределу, проверяется соответствие тока, протекающего через электрические автоматы. Его величина не должна превышать номинальное значение рабочего тока автоматов. В противном случае автоматический выключатель обесточит сеть из-за перегрузки.
  • Измерение тока также необходимо для определения режимов эксплуатации электрических устройств. Измерение токовой нагрузки электродвигателей выполняется не только для проверки их работоспособности, но и для выявления превышения нагрузки выше допустимой, которая может возникнуть из-за большого механического усилия при работе устройства.
  • Если измерить ток в цепи работающего обогревателя, то он покажет исправность нагревательных элементов.
  • Работоспособность теплого пола в квартире также проверяется измерением тока.
Мощность тока

Кроме силы тока, существует понятие мощности тока. Этот параметр определяет работу тока, выполненную в единицу времени. Мощность тока равна отношению выполненной работы к промежутку времени, за которое эта работа была выполнена. Обозначают буквой «Р» и измеряют в ваттах.

Мощность рассчитывается путем перемножения напряжения сети на силу тока, потребляемого подключенными электрическими устройствами: Р = U х I. Обычно на электроприборах указывают потребляемую мощность, с помощью которой можно определить ток. Если ваш телевизор имеет мощность 140 Вт, то для определения тока делим эту величину на 220 В, в результате получаем 0,64 ампера. Это значение максимального тока, на практике ток может быть меньше при снижении яркости экрана или других изменениях настроек.

Измерение тока приборами

Для определения потребления электрической энергии с учетом эксплуатации потребителей в разных режимах, необходимы электрические измерительные приборы, способные выполнить измерение параметров тока.

  • Амперметр. Для измерения величины тока в цепи используют специальные приборы, называемые амперметрами. Они включаются в измеряемую цепь по последовательной схеме. Внутреннее сопротивление амперметра очень мало, поэтому он не влияет на параметры работы цепи.Шкала амперметра может быть размечена в амперах или других долях ампера: микроамперах, миллиамперах и т.д. Существует несколько видов амперметров: электронные, механические и т.д.

  • Мультиметр является электронным измерительным прибором, способным измерить различные параметры электрической цепи (сопротивление, напряжение, обрыв проводника, пригодность батарейки и т.д.), в том числе и силу тока. Существуют два вида мультиметров: цифровой и аналоговый. В мультиметре имеются различные настройки измерений.

Порядок измерения силы тока мультиметром
  • Выяснить, какой интервал измерения вашего мультиметра. Каждый прибор рассчитан на измерение тока в некотором интервале, который должен соответствовать измеряемой электрической цепи. Наибольший допустимый ток измерения должен быть указан в инструкции.
  • Выбрать соответствующий режим измерений. Многие мультиметры способны работать в разных режимах, и измерять разные величины. Для замеров силы тока нужно переключиться на соответствующий режим, учитывая вид тока (постоянный или переменный).
  • Установить на приборе необходимый интервал измерений. Лучше установить верхний предел силы тока несколько выше предполагаемой величины. Снизить этот предел можно в любое время. Зато будет гарантия, что вы не выведете прибор из строя.
  • Вставить измерительные штекеры проводов в гнезда. В комплекте прибора имеются два провода со щупами и разъемами. Гнезда должны быть отмечены на приборе или изображены в паспорте.

  • Для начала измерения необходимо подключить мультиметр в цепь. При этом следует соблюдать правила безопасности и не касаться токоведущих частей незащищенными частями тела. Нельзя проводить измерения во влажной среде, так как влага проводит электрический ток. На руки следует надеть резиновые перчатки. Чтобы разорвать цепь для проведения измерений, следует разрезать проводник и зачистить изоляцию на обоих концах. Затем подсоединить щупы мультиметра к зачищенным концам провода и убедиться в хорошем контакте.
  • Включить питание цепи и зафиксировать показания прибора. В случае необходимости откорректировать верхний предел измерений.
  • Отключить питание цепи и отсоединить мультиметр.
  • Измерительные клещи. Если необходимо произвести измерение тока без разрыва электрической цепи, то измерительные клещи будут отличным вариантом для выполнения этой задачи. Этот прибор выпускают нескольких видов, и разной конструкции. Некоторые модели могут измерять и другие параметры цепи. Пользоваться измерительными токовыми клещами очень удобно.

Способы измерения тока

Для измерения силы тока в электрической цепи, необходимо один вывод амперметра или другого прибора, способного измерять силу тока, подключить к положительной клемме источника тока или блока питания, а другой вывод к проводу потребителя. После этого можно измерять силу тока.

При измерениях необходимо соблюдать аккуратность, так как при размыкании действующей электрической цепи может возникнуть электрическая дуга.

Для измерения силы тока электрических устройств, подключаемых непосредственно к розетке или кабелю бытовой сети, измерительный прибор настраивается на режим переменного тока с завышенной верхней границей. Затем измерительный прибор подключают в разрыв провода фазы.

Все работы по подключению и отключению допускается производить только в обесточенной цепи. После всех подключений можно подавать питание и измерять силу тока. При этом нельзя касаться оголенных токоведущих частей, во избежание поражения электрическим током. Такие методы измерения неудобны и создают определенную опасность.

Значительно удобнее проводить измерения токоизмерительными клещами, которые могут выполнять все функции мультиметра, в зависимости от исполнения прибора. Работать такими клещами очень просто. Необходимо настроить режим измерения постоянного или переменного тока, развести усы и охватить ими фазный провод. Затем нужно проконтролировать плотность прилегания усов между собой и измерить ток. Для правильных показаний необходимо охватывать усами только фазный провод. Если охватить сразу два провода, то измерения не получится.

Токоизмерительные клещи служат только для замеров параметров переменного тока. Если их использовать для измерения постоянного тока, то усы сожмутся с большой силой, и раздвинуть их можно будет только, отключив питание.

Похожие темы:

electrosam.ru

Измерение силы тока и напряжения.

Наиболее распространенными видами электрических измерений являются измерения силы тока и напряжения.

В зависимости от вида тока (напряжения), его величины, частоты, формы, требуемой точности измерения, сопротивления цепи, в которой производится измерение, используются различные типы приборов.

При измерении силы тока на участке цепи сопротивлением R последовательно с R в разрыв цепи включается амперметр (рис 7а). Тогда сила тока, текущего через измерительный прибор и участок с сопротивлением R, будет одинаковой.

Вольтметр подсоединяется параллельно участку цепи с сопротивлением R, напряжение на котором измеряется (рис 7б). При параллельном подключении напряжение на измерительном приборе и участке цепи R одинаково. Подключение в электрическую цепь измерительного прибора оказывает влияние на режим работы этой цепи, что приводит к ошибкам в измерениях.

Рис. 7. Подключение амперметра (а) и вольтметра (б)

Последовательное подключение амперметра с сопротивлением rа увеличивает общее сопротивление участка цепи до значения R+ rа, что больше R. В результате ток уменьшится. Чтобы изменение тока было незначительным, необходимо, чтобы выполнялось условие: rа > R.

Ток, вызывающий отклонение подвижной части прибора на всю шкалу, называется током полного отклонения I0. Если с помощью амперметра необходимо измерить силу тока I больше, чем I0, к нему параллельно подключается дополнительное сопротивление Rш, называемое шунтом (рис 8)

.

Рис. 8. Подключение шунта к амперметру.

Измеряемый ток разветвляется и только часть его проходит через измерительный прибор. Так достигается расширение предела измерений амперметра. По первому правилу Кирхгофа величины токов связаны соотношением:

, (12)

где I– сила измеряемого тока,Ip– сила тока, текущего через измерительный механизм (рамку) прибора,Iш– сила тока, текущего через шунт.

По второмуправилу Кирхгофа имеем:

, (13)

где r - сопротивление рамки амперметра, Rш – сопротивление шунта. Из (12) и (13) следует, что

. (14)

Выражение (14) позволяет определить Rш, при котором отклонение стрелки измерительного прибора на всю шкалу будет соответствовать требуемому пределу измерения силы тока Iпр. Иначе говоря, при I = Iпр ток через амперметр Iр будет равен току полного отклонения: Iр = I0. В таком случае выражение (14) принимает вид:

. (15)

На практике используют коэффициент шунтирования (или коэффициент растяжения предела измерений) n для данного значения Iпр, который равен

(16)

Тогда выражение (15) принимает вид:

. (17)

С данным шунтом цена деления амперметра также возрастет в n раз.

Предел измерения вольтметра зависит от силы тока полного отклонения подвижной части прибора Iо и его внутреннего сопротивления r. Для расширения пределов измерения вольтметра последовательно с измерительным механизмом прибора подключают добавочное сопротивление (рис 9).

Напряжение на измерительном механизме Uр меньше измеряемого напряжения U и связано с ним соотношением:

,

где – напряжение на добавочном сопротивлении. По такой цепи течет ток

Из последней формулы следует, что

(18)

Рис. 9. Подключение добавочного сопротивления к вольтметру.

Из (18) можно определить величину , при котором отклонение стрелки на всю шкалу (I = I0 ) будет соответствовать требуемому пределу измерения напряжения U = Uпр

. (19)

Набор добавочных сопротивлений позволяет создать многопредельный вольтметр. Применяются также и наружные по отношению к прибору добавочные сопротивления.

studfiles.net


Смотрите также

© "Совершенные окна", 2019 г.
Перепечатка текстов, а так же полное или частичное воспроизведение других материалов сайта возможно только с согласия их авторов.

телефон: (495) 755-10-94
(многоканальный)