2.1.3. Измерение постоянных токов электромеханическими приборами.

Для создания амперметров используют следующие измерительные механизмы {2К3}: магнитоэлектрический{2К4}, электромагнитный{2К5}, электродинамический {2К6} и ферродинамический {2К7}.

В простейших однопредельных амперметрах цепь измеряемого тока состоит из обмотки подвижной катушки (для магнитоэлектрического измерительного механизма), обмотки неподвижной катушки (для электромагнитного измерительного механизма) или последовательно включенных обмоток подвижной и неподвижной катушек (для электродинамического и ферродинамического измерительных механизмов). Таким образом, в отличие от цепей вольтметров, в них отсутствуют добавочные сопротивления.

Многопредельные амперметры строят на базе однопредельных, используя различные приемы для уменьшения чувствительности. Например, пропуская измеряемый ток через часть обмотки катушки или включая обмотки катушек параллельно. Используют также шунты – резисторы с относительно малыми сопротивлениями, включаемые параллельно обмоткам.

Наиболее распространенные электромеханические амперметры с классами точности 0,2. 0,5, 1,0, 1,5 позволяют измерять постоянные токи в диапазоне от 10^-6 до 10⁴ А. Для измерения токов менее 10^-6 А можно применять магнитоэлектрические гальванометры {2К10} и приборы на их основе (например, фотогальванометрические приборы).

2.1.4. Измерение переменных токов и напряжений электромеханическими приборами.

Электромеханические амперметры и вольтметры применяются для измерения действующих значений периодических токов и напряжений. Для их создания используются электромагнитные, электродинамические и ферродинамические, а также электростатические (только для вольтметров) измерительные механизмы. Кроме того, к электромеханическим амперметрам и вольтметрам относят также приборы на основе магнитоэлектрического измерительного механизма с преобразователями переменного тока или напряжения в постоянный ток (выпрямительные и термоэлектрические приборы).

Измерительные цепи электромагнитных, электродинамических и ферродинамических амперметров и вольтметров переменного тока практически не отличаются от цепей аналогичных приборов постоянного тока. Все эти приборы могут быть использованы для измерений как постоянных, так и переменных токов и напряжений.

Мгновенное значение вращающего момента в этих приборах определяется квадратом мгновенного значения тока в обмотках катушек, а положение указателя зависит от среднего значения вращающего момента. Поэтому прибор измеряет действующее (среднеквадратическое) значение измеряемого периодического тока или напряжения независимо от формы кривой. Наиболее распространенные амперметры и вольтметры с классами точности 0,2. 0,5, 1,0, 1,5 позволяют измерять переменные токи от 10^-4 до 10² А и напряжения от 0,1 до 600 В в частотном диапазоне от 45 Гц до 5 кГц.

Электростатические вольтметры также могут быть использованы для измерения и постоянных, и действующих значений переменных напряжений независимо от формы кривой, так как мгновенное значение вращающего момента в этих приборах определяется квадратом мгновенного значения измеряемого напряжения. Наиболее распространенные вольтметры с классами точности 0,5, 1,0, 1,5 позволяют измерять переменные напряжения от 1 до 10⁵ В в частотном диапазоне от 20 Гц до 10 МГц.

Магнитоэлектрическими амперметрами и вольтметрами, предназначенными для работы в цепях постоянного тока, нельзя измерять действующие значения переменных токов и напряжений. Действительно, мгновенное значение вращающего момента в этих приборах пропорционально мгновенному значению тока в катушке. При синусоидальном токе среднее значение вращающего момента и, соответственно, показание прибора равно нулю. Если ток в катушке имеет постоянную составляющую, то показание прибора пропорционально среднему значению тока в катушке.

Для создания амперметров и вольтметров переменного тока на базе магнитоэлектрического измерительного механизма используют преобразователи переменного тока в постоянный на основе полупроводниковых диодов или термопреобразователей. На рис. 2.1 приведена одна из возможных схем амперметра выпрямительной системы, а на рис. 2.2 – термоэлектрической.

Рис.2.2.

В амперметре выпрямительной системы измеряемый ток i(t) выпрямляется и проходит через обмотку катушки магнитоэлектрического измерительного механизма ИМ. Показание прибора пропорционально среднему по модулю за период T значению тока:

. (2.2)

Значение I_ср пропорционально действующему значению тока, однако коэффициент пропорциональности зависит от вида функции i(t). Все приборы выпрямительной системы градуируются в действующих значениях токов (или напряжений) синусоидальной формы и не предназначены для измерений в цепях с токами произвольной формы.

В амперметре термоэлектрической системы измеряемый ток i(t) проходит через нагреватель термопреобразователя ТП. При его нагреве на свободных концах термопары возникает термо-ЭДС, вызывающая постоянный ток через обмотку катушки магнитоэлектрического измерительного механизма ИМ. Значение этого тока нелинейно зависит от действующего значения I измеряемого тока i(t) и мало зависит от его формы и спектра.

Схемы вольтметров выпрямительной и термоэлектрической систем отличаются от схем амперметров наличием добавочного сопротивления, включенного последовательно в цепь измеряемого тока i(t) и выполняющего функцию преобразователя измеряемого напряжения в ток.

Наиболее распространенные амперметры и вольтметры выпрямительной системы с классами точности 1,0 и 1,5 позволяют измерять переменные токи от 10^-3 до 10 А и напряжения от 1 до 600 В в частотном диапазоне от 45 Гц до 10 кГц.

Наиболее распространенные амперметры и вольтметры термоэлектрической системы с классами точности 1,0 и 1,5 позволяют измерять переменные токи от 10^-4 до 10² А и напряжения от 0,1 до 600 В в частотном диапазоне от 1 Гц до 50 МГц.

Обычно приборы выпрямительной и термоэлектрической систем делают многопредельными и комбинированными, что позволяет использовать их для измерения как переменных, так и постоянных токов и напряжений.