7.2.1 Вимірювання великих струмів

Вимірювання великих струмів засновано на вимірюванні спаду напруги на мірі опору при проходженні через неї вимірюваного струму. Як міри опору для вимірювання великих постійних струмів (ВПС) застосовуються низькоомні чотиризатискачеві резистори з манганіну. Під’єднання такої міри до кола вимірюваного струму здійснюється за допомогою струмових затискачів, а спад напруги знімається з потенціальних затискачів. Основними характеристиками такої міри є номінальний струм I_1ном, номінальна вихідна напруга U_{2 ном} і опір міри, що являє собою взаємний опір чотириполюсника і визначається як R_м=U₂/I₁ при вихідному струмі I₂=0. Якщо спад напруги між потенціальними затискачами визначається компенсаційним методом, то вимірювальний струм знаходиться з виразу I₁=U₂/R_м.

Найбільша допустима потужність вимірювальних резисторів з номінальними опорами 10^-4 і 10^-5 Ом як правило не перевищує 100 Вт. Дійсне значення опору міри може бути виміряне з похибкою 0,002…0,005%. Але за рахунок температурної і часової нестабільності похибка вимірювання постійних великих струмів за допомогою таких мір на порядок вища, навіть при введенні поправок, що враховують залежність опору міри від температури. Для вимірювання ВПС застосовуються взаємозамінні калібровані шунти, номінальний спад напруги на яких нормується. Основними причинами зміни в часі електричного опору мір для вимірювання ВПС є нестабільність електричного опору манганіну, зміна перехідного опору в місці спаю резистивного елемента і наконечників, а також термо-ЕРС. Зміна опору манганіну, викликана механічними напругами при неправильному монтажі може бути в кілька разів більша за зміну опору від температури. Через труднощі в створенні і повірці мір опору на ВПС в деяких випадках замість однієї міри на повний вимірюваний струм застосовують комбіновану міру опору, що складається з кількох паралельно включених мір опорів.

7.2.2 Метод паралельного з’єднання шунтів

Цей метод набув дуже широкого вжитку при вимірювання великих струмів. Метод проілюстровано на рис. 7.1. Потенціальні затискачі шунтів R_j з’єднують в дві спільні точки за допомогою зрівноважувальних резисторів r_j та r_j’. Сумарний струм І визначається шляхом визначення різниці потенціалів між об’єднаними затискачами.

Згідно позначень рис. 7.1 можна скласти наступну систему рівнянь

(7.1)

Розділивши всі члени рівнянь на R_j і просумувавши систему з n рівнянь, отримаємо

(7.2)

Зрівноважувальні резистори підбираються таким чином, щоб виконувались умови

(7.3)

О

Якщо спад напруги на паралельно включених шунтах вимірюється компенсаційним методом, то на основі першого закону Кірхгофа члени, до яких входить сума струмів, дорівнюють нулю!

Рисунок 7.1 - Схема методу паралельного

з’єднання шунтів

скільки , то можемо записати, що .

Таким чином, вимірювальний струм в колі, складеному за методом паралельного з’єднання шунтів, визначатиметься як

. (7.4)

Перевагою комбінованої міри є можливість повірки окремих шунтів, що до неї входять, при номінальних для них струмах. Похибка вимірювання ВПС таким методом досягає 0,4…0,5%.

З

Рисунок 7.2 - Схем шунтів для вимірювань ВЗС

а допомогою шунтів можна вимірювати також великі змінні і імпульсні струми (ВЗС). Такі струми мають місце, наприклад, при дослідженні перехідних процесів у великострумових електротехнічних пристроях, блискавиць, при вивченні фізики плазми і т. ін. На рис. 7.2, а показано схему вимірювання швидкозмінних струмів за допомогою шунта. Спад напруги на шунті u_ш(t) подається до осцилографа по коаксіальному кабелю з включеним на його кінці узгоджувальним опором Z_п. Якщо опір шунта є чисто активним для даного діапазону частот, то u_ш(t)=R_i (t).

Однак, зазвичай крім активної складової опору R шунта слід враховувати також і його реактивну складову. Еквівалентну схему шунта представлено на рис. 7.2, б. Активний опір цього шунта як правило незначний (R=10^-5…10^-2 Ом), тому на точність вимірювання змінних струмів з частотою до кількох десятків мегагерц і імпульсних струмів основний вплив чинить індуктивність шунта, а його ємністю можна знехтувати.

Для зниження індуктивності шунтів вони виготовляються біфілярними і коаксіальними. Існують також коаксіальні шунти з водяним охолодженням. При вимірюванні за допомогою таких шунтів струмів частотою до 5 кГц похибка сягає не більше ±0,01%.