Добавочное сопротивление

Ра&#107&;дел 3. &#106&;лектрическийток

� 3.8. Воль&#10&0;метр и добаво&#10&5;ное &#108&;опротивление

Боль&#10&6;инство и&#107&;мерительных приборов, применяем&#10&9;х для и&#107&;мерений в элек&#10&0;рических &#10&4;епях, реагир&#10&1;ют на &#10&0;ок, &#10&0;.е. по &#108&;воей природе &#108&;лужат и&#107&;мерителями &#10&0;ока.

Но напряжение и &#10&0;ок, &#108&;огласно &#107&;акону Ома, прямо пропор&#10&4;иональны др&#10&1;г др&#10&1;гу. Поэ&#10&0;ому обе э&#10&0;и вели&#10&5;ины мог&#10&1;т б&#10&9;ть и&#107&;мерены с помо&#10&7;ью одного и &#10&0;ого же прибора. Только &#10&6;кала прибора в одном &#108&;лучае град&#10&1;ируется на &#10&0;ок, а в др&#10&1;гом — на напряжение. Прибор, &#10&6;кала ко&#10&0;орого проград&#10&1;ирована в воль&#10&0;ах, на&#107&;ывается воль&#10&0;метром.

Воль&#10&0;метр вклю&#10&5;ается в &#10&4;епь параллельно &#10&0;ому &#10&1;частку &#10&4;епи, напряжение на ко&#10&0;ором он и&#107&;меряет. Воль&#10&0;метр и&#107&;меряет напряжение межд&#10&1; дв&#10&1;мя &#10&0;очками &#10&4;епи, &#108&;уществовавшее межд&#10&1; ними до &#10&0;ого, как воль&#10&0;метр б&#10&9;л подклю&#10&5;ен. При э&#10&0;ом &#108&;ам воль&#10&0;метр при подклю&#10&5;ении обра&#107&;ует нов&#10&9;й &#10&1;часток &#10&4;епи, параллельн&#10&9;й и&#108&;следуемому.

Каким же &#108&;опротивлением должен облада&#10&0;ь воль&#10&0;метр, &#10&5;тобы и&#107&;менения напряжений в &#10&4;епи при его подклю&#10&5;ении б&#10&9;ли не&#107&;начительными?

П&#10&1;сть &#108&;опротивление проводника межд&#10&1; &#10&0;очками А и С равно R АС. а &#108&;опротивление воль&#10&0;метра — R. По&#108&;ле подклю&#10&5;ения воль&#10&0;метра &#108&;опротивление R &#10&3; &#10&1;частка &#10&4;епи межд&#10&1; &#10&0;очками А и С можно най&#10&0;и из равен&#108&;тва:

Приведем э&#10&0;у &#10&2;ормулу к вид&#10&1;, &#10&1;добному для и&#108&;следования:

о&#10&0;куда видно, &#10&5;то &#108&;опротивление R &#10&3; &#10&0;ем мень&#10&6;е о&#10&0;личается о&#10&0; RАС, &#10&5;ем мень&#10&6;е дробь . &#10&0;.е. &#10&5;ем боль&#10&6;е &#108&;опротивление воль&#10&0;метра по &#108&;равнению с &#108&;опротивлением &#10&1;частка &#10&4;епи, на кон&#10&4;ах ко&#10&0;орого и&#107&;меряется напряжение. Е&#108&;ли э&#10&0;о &#10&1;словие в&#10&9;полнено, &#10&0;о напряжение, и&#107&;меряемое воль&#10&0;метром, мало о&#10&0;личается о&#10&0; напряжения, &#108&;уществовавшего до подклю&#10&5;ения воль&#10&0;метра.

И&#10&0;ак, воль&#10&0;метр можно применя&#10&0;ь для и&#107&;мерения напряжения на &#10&0;ех &#10&1;частках &#10&4;епи, &#108&;опротивление ко&#10&0;орых мало по &#108&;равнению с &#108&;опротивлением &#108&;амого воль&#10&0;метра.

Кажд&#10&9;й и&#107&;мерительный прибор и&#107&;готовляют, ра&#108&;считывая его на определенн&#10&9;й мак&#108&;имальный для него &#10&0;ок. Поэ&#10&0;ому для каждого и&#107&;мерительного прибора &#108&;уществует предельное &#107&;начение и&#107&;меряемой им вели&#10&5;ины &#10&0;ока или напряжения. С&#10&1;ществуют амперме&#10&0;ры на 1; 5; 10; 50 А и &#10&0;.д.; &#10&0;акже имею&#10&0;ся и воль&#10&0;метры на ра&#107&;личные напряжения. Но в&#108&;егда ока&#107&;ывается во&#107&;можным ра&#108&;ширить предел&#10&9; и&#107&;мерения данного прибора, или, как говоря&#10&0;, &#10&1;величить &#10&4;ену деления его &#10&6;калы.

Для &#10&0;ого &#10&5;тобы пов&#10&9;сить &#10&4;ену деления воль&#10&0;метра и &#10&0;аким обра&#107&;ом при&#108&;пособить его к и&#107&;мерению напряжений боль&#10&6;их, &#10&5;ем &#10&0;о, на ко&#10&0;орое он ра&#108&;считан, надо по&#108&;ледовательно с ним вклю&#10&5;ать проводник, обладаю&#10&7;ий неко&#10&0;орым &#108&;опротивлением. Вели&#10&5;ину э&#10&0;ого &#108&;опротивления легко ра&#108&;считать.

П&#10&1;сть м&#10&9; ра&#108&;полагаем воль&#10&0;метром на 10 В, а нам пред&#108&;тоит и&#107&;мерять напряжение до 100 В. Е&#108&;ли м&#10&9; на&#10&6; воль&#10&0;метр подклю&#10&5;им к &#10&1;частку с напряжением 100 В, &#10&0;о обмо&#10&0;ка э&#10&0;ого прибора перегори&#10&0;, &#10&0;ак как &#10&5;ерез него пройде&#10&0; &#10&0;ок в 10 раз боль&#10&6;ий, &#10&5;ем &#10&0;от, на ко&#10&0;орый он ра&#108&;считан. На приборе наиболь&#10&6;ее напряжение може&#10&0; б&#10&9;ть 10 В, о&#108&;тальные же 90 В должн&#10&9; при&#10&3;одиться на проводник с добаво&#10&5;ным &#108&;опротивлением . ко&#10&0;орое н&#10&1;жно вклю&#10&5;ить по&#108&;ледовательно с воль&#10&0;метром.

Так как при по&#108&;ледовательном &#108&;оединении напряжения на о&#10&0;дельных &#10&1;частках &#10&4;епи пропор&#10&4;иональны &#108&;опротивлениям э&#10&0;их &#10&1;частков, &#10&0;о вели&#10&5;ину добаво&#10&5;ного &#108&;опротивления найдем из пропор&#10&4;ии:

где R � &#108&;опротивление воль&#10&0;метра.

Таким обра&#107&;ом, добаво&#10&5;ное &#108&;опротивление должно б&#10&9;ть в 9 раз боль&#10&6;е &#108&;опротивления воль&#10&0;метра.

Цена одного деления &#10&6;калы воль&#10&0;метра с &#10&0;аким добаво&#10&5;ным &#108&;опротивлением б&#10&1;дет в 10 раз боль&#10&6;е &#10&4;ены деления о&#108&;новной &#10&6;калы.

В на&#108&;тоящее время, главн&#10&9;м обра&#107&;ом для н&#10&1;жд лабора&#10&0;орий, и&#107&;готавливают &#10&1;ниверсальные прибор&#10&9;, &#108&;набжаемые набором &#10&6;унтов и дополни&#10&0;ельных &#108&;опротивлений. Такие прибор&#10&9; и&#108&;пользуются как для и&#107&;мерения &#10&0;оков, &#10&0;ак и для и&#107&;мерения напряжений в о&#10&5;ень &#10&6;ироких предела&#10&3;. Например, можно и&#107&;мерять &#10&0;оки о&#10&0; 1 мА до &#108&;отен ампер. Так же &#10&6;ирок диапа&#107&;он и&#107&;меряемых напряжений.

Используются технологии uCoz

15.3. ШУНТЫ И ДОБАВОЧНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ

Рамка магнитоэлектрического прибора имеет катушку, выполненную из тонкого провода, рассчитанного на очень маленький ток. Поэтому магнитоэлектрические амперметры могут измерять ток величиной несколько десятков миллиампер.

Как же быть, если нужно измерить значительно больший ток, например, несколько десятков ампер? Может быть, перемотать обмотку прибора более толстым проводом? Нет, такое решение будет неудачным. Рамка прибора станет очень тяжелой, возрастут трение в опорах и погрешность прибора. Кроме того, придется поставить спиральные пружинки из более толстой проволоки. Они будут иметь большую жесткость, и силы электромагнитного взаимодействия не смогут повернуть стрелку прибора.

Рис. 15.3. Схема включения шунта для расширения пределов измерения амперметра

Пойдем по другому пути. Как в реке делают отводной канал, так и в электрической цепи можно отвести часть тока в боковую связь, в которую и включить амперметр магнитоэлектрической системы.

Для этого применяют шунт — резистор с очень малым сопротивлением, который включают параллельно прибору (рис. 15.3).

Распределение токов в рамке амперметра и в шунте обратно пропорционально их сопротивлениям:

Измеряемый ток равен сумме токов:

Выразим ток в шунте из первой формулы и подставим это значение во вторую.

Коэффициент К называют коэффициентом шунтирования. Он показывает, во сколько раз нужно увеличить показания амперметра с шунтом, чтобы получить измеряемый ток. Коэффициент шунтирования равен

Если известны коэффициент шунтирования и сопротивление амперметра, легко найти сопротивление шунта:

Пример 1. Определить сопротивление шунта, который необходим, чтобы амперметром на 1 А с сопротивлением 0,075 Ом измерить ток величиной 25 А.

Прежде всего определим коэффициент шунтирования:

Теперь можно найти сопротивление шунта:

Заметим, что это сопротивление должно быть выдержано очень точно, иначе при измерении возникает большая ошибка.

Мы видим, что шунт представляет собой резистор с очень маленьким сопротивлением. Поэтому шунт делают в виде короткой пластинки довольно большого сечения (рис. 15.4).

Рис. 15.4. Конструкция шунта. Манганиновая пластинка довольно большого сечения имеет четыре зажима. Силовые зажимы служат для подключения измеряемого тока, к потенциальным зажимам подключают измерительный прибор. Такая конструкция уменьшает влияние переходного сопротивления контактов на точность измерения

Из какого материала изготовить шунт? Очевидно, что медь не подходит. Медный шунт будет изменять сопротивление при нагревании, и появится большая ошибка. Нужен материал, который имеет постоянное сопротивление при любой температуре. Таким материалом является манганин (сплав меди, марганца и никеля). Его температурный коэффициент в 100 раз меньше, чем меди.

На рис. 15.4 Вы видите, что шунт имеет не два зажима, а четыре. Два больших зажима служат для подключения шунта в цепь измеряемого тока. К двум маленьким зажимам подключают магнитоэлектрический прибор.

Это сделано для того, чтобы исключить влияние переходного сопротивления контактов.

Приборостроительные заводы выпускают стандартные шунты на различные токи. При этом желательно, чтобы шунт подходил к каждому амперметру.

Для этого шунт и амперметр должны иметь одинаковое падение напряжения при номинальном токе:

Пусть, например, при полном отклонении стрелки амперметра на 1 А падение напряжения на его сопротивлении составляет 75 мВ (это наиболее распространенное значение). Все шунты, у которых падение напряжения также равно 75 мВ, могут работать с этим прибором и с любыми другими приборами на 75 мВ. Это могут быть шунты на 10, 15, 25, 100 А.

На шунте указываются только падение напряжения и номинальный ток. Сопротивление шунта в наших рассуждениях не участвует. Конечно, задать напряжение и ток — то же самое, что задать сопротивление, однако на практике это гораздо удобнее.

Мы видели, что использование закона Ома помогает подобрать шунт к амперметру. Этот замечательный закон позволяет также при помощи амперметра измерять напряжение в цепи. Действительно, если измерить ток в цепи, сопротивление которой известно, то по закону Ома

Конечно, нет необходимости каждый раз производить умножение. Достаточно сделать это один раз и на шкале прибора проставить не амперы, а вольты.

Рис. 35.5. Добавочное сопротивление в цепи амперметра превращает его в вольтметр

Практически для того чтобы амперметр превратить в вольтметр, последовательно с рамкой магнитоэлектрического прибора подключают резистор с большим сопротивлением (рис. 15,5).

Это добавочное сопротивление нужно прибавить к сопротивлению рамки прибора, чтобы получить полное сопротивление цепи:

Пример 2. Определить величину добавочного сопротивления в цепи магнитоэлектрического прибора, — сопротивление которого 100 Ом, а номинальный ток 5 мА, если необходимо измерить напряжение 150 В.

Определим полное сопротивление цепи вольтметра:

Из этого значения нужно вычесть сопротивление прибора:

Для добавочных резисторов используют манганиновую проволоку, поэтому величина добавочного сопротивления при нагреве не изменяется.

Иногда используют набор добавочных резисторов с переключателем. Тогда получают универсальный прибор на несколько пределов измерения.

Теперь мы можем поговорить еще об одной важной характеристике прибора о мощности, которая выделяется в самом приборе, шунте или добавочном резисторе. Электрики называют эту мощность собственным потреблением прибора.

Собственное потребление прибора должно быть по возможности малым. Иногда говорят по-другому: прибор, включенный в электрическую цепь, не должен изменять режим ее работы.

Собственное потребление магнитоэлектрических приборов очень мало, это — сотые и тысячные доли ватта. Поэтому в электротехнических установках это правило всегда выполняется. Но в электронных устройствах подключение электроизмерительного прибора может существенно изменить распределение токов и напряжений. Тогда используют электронные вольтметры, собственное потребление которых чрезвычайно мало.

В самом начале этой книги мы говорили о правилах подключения амперметра и вольтметра. Амперметр измеряет ток и включается в цепь последовательно. В нем выделяется мощность

Для уменьшения собственного потребления сопротивление амперметра должно быть как можно меньше. На первый взгляд кажется, что проще уменьшить ток, который к тому же входит в формулу в квадрате. Тут следует вспомнить, что ток — измеряемая величина и от амперметра зависеть не может.

Для собственного потребления вольтметра удобнее использовать другую формулу:

Мы видим, что для уменьшения АР следует увеличивать сопротивление вольтметра. Чем оно больше, тем лучше прибор. Очень часто указывают сопротивление прибора в расчете на один вольт. В примере 2 мы получили вольтметр с сопротивлением 200 Ом/В. Это прибор низкого качества. Его собственное потребление составляет

Добавочные сопротивления.

Расширение пределов измерений вольтметров в сетях постоянного тока достигается включением их последовательно с большим добавочным сопротивлением (рис. 3.2.1). Добавочные сопротивления включаются последовательно с вольтметром с таким расчетом, чтобы общее падение напряжения на зажимах обмотки прибора и добавочного сопротивления возросло, что позволяет измерять большие напряжения. Значение добавочного сопротивления может быть подсчитано следующим образом. Для полного отклонения подвижной части вольтметра, имеющего сопротивление обмотки RV. необходим ток силой IV. Падение напряжения на зажимах вольтметра при этом будет равно UV = IV RV .При включении добавочного сопротивления RД последовательно с вольтметром для полного отклонения в его подвижной части необходимо большее напряжение (Uизм ) на зажимах прибора и сопротивления, которое равно Uизм = IV (RV + RД ).Разделив первое уравнение на второе, получим

Преобразовав последнее уравнение, найдем значение необходимого добавочного сопротивления . Обозначая . получим

Отношение измеряемого напряжения к падению напряжения в обмотке вольтметра, численно равное р. показывает, во сколько раз увеличен предел измерений вольтметров при включении добавочного сопротивления. Таким образом, для расширения пределов измерения напряжения в р раз добавочное сопротивление должно быть в (р – 1) раз больше сопротивления вольтметра. Так же как и шунты, добавочные сопротивления могут либо встраиваться внутрь вольтметра, либо помещаться вне его. В зависимости от этого они называются внутренними или отдельными добавочными сопротивлениями.

Номинальные значения токов, на которые рассчитываются добавочные резисторы, лежат в пределах от 0,01 до 7,5 мА.

Добавочное сопротивление

Рис. 3.2.2. Схема включения трансформатора тока

Добавочные резисторы являются измерительными преобразователями напряжения в ток, а на значение тока непосредственно реагируют измерительные механизмы вольтметров.

Добавочные резисторы служат для расширения пределов измерения по напряжению вольтметров различных систем и других приборов, имеющих параллельные цепи, подключаемые к источнику напряжения. Сюда относятся, например, ваттметры, счетчики энергии, фазометры и т. д.

Добавочный резистор включают последовательно с измерительным механизмом (рис. 6). Ток I и в цепи, состоящий из измерительного механизма с сопротивлением Rи и добавочного резистора с сопротивлением Rд. составит:

где U — измеряемое напряжение.

Рис.6. Схемы подключения добавочных сопротивлений

Если вольтметр имеет предел измерения Uном и сопротивление измерительного механизма Rи и при помощи добавочного резистора Rд надо расширить предел измерения в n раз, то, учитывая постоянство тока I и. протекающего через измерительный механизм вольтметра, можно записать:

Добавочные резисторы изготовляются из изолированной манганиновой проволоки, намотанной на пластины или каркасы из изоляционного материала. Они применяются в цепях постоянного и переменного тока.

Добавочные резисторы, предназначенные для работы на переменном токе, имеют бифилярную обмотку для получения безреактивного сопротивления.

При применении добавочных резисторов не только расширяются пределы измерения вольтметров, но и уменьшается их температурная погрешность. В переносных приборах добавочные резисторы изготовляются секционными на несколько пределов измерения (рис. 7).

Добавочное сопротивление

Рис. 7. Секционный добавочный резистор

Добавочные резисторы бывают внутренние и наружные. Последние выполняются в виде отдельных блоков и подразделяются на индивидуальные и калиброванные. Индивидуальный резистор применяется только с тем прибором, который с ним градуировался. Калиброванный резистор может применяться с любым прибором, номинальный ток которого равен номинальному току добавочного резистора.

Добавочное сопротивление

Добавочное сопротивление. Область применения, расчет.

Добавочное сопротивление используется для расширения приделов измерения вольтметров. Вольтметр это прибор, применяемый для измерения напряжения в различных точках цепи. Номинальное напряжение, на который рассчитан вольтметр у разных приборов разное. Но иногда возникает ситуация когда прибор рассчитанный на измерение допустим милливольт а нам необходимо измерять киловольты.

Основная часть любого вольтметра это его измерительная головка. Это некоторый электромеханический прибор, который преобразует ток, проходящий через него в угол отклонение стрелки. При этом шкала проградуирована в измеряемых значениях. В нашем случае в вольтах. В цифровых измерительных приборах такого, конечно, нет, там мы видим цифровое табло, на котором выводятся результаты. Но методика расширения диапазона измерительной части остается прежней.

Угол поворота стрелки зависит от тока, протекающего через прибор. Так как сопротивление прибора неизменно то в итоге угол отклонения зависит от напряжения на выводах прибора. Эти выводы необходимо подключить параллельно измеряемому участку цепи. В таком случае вольтметр должен обладать достаточно большим внутренним сопротивлением, чтобы не вносить искажения в работу цепи.

Добавочное сопротивление

Рисунок 1 — схема подключения вольтметра к участку цепи

На практике сопротивление измерителя должно отличатся хотя бы в 100 раз от сопротивления цепи. Тогда погрешность вносимая прибором будет составлять всего лишь один процент. Все измерительные головки, как правило, уже обладают высоким внутренним сопротивлением. А так как мы решили расширить приделы измерения путем введения добавочного сопротивления, которое включается последовательно с прибором, то о вносимой погрешности можно не беспокоиться.

Добавочное сопротивление

Рисунок 2 — подключение вольтметра к цепи через добавочное сопротивление

Добавочное сопротивление изготавливается из материала, у которого стабильный температурный коэффициент сопротивления. То есть при нагревании такого материала его удельное сопротивление не должно изменяться. Иначе во время измерений вследствие нагревания такого сопротивления при прохождении тока через него или от внешней среды погрешность прибора изменятся.

Как правило, в качестве такого материала используют манганин не путать с маргарином. То есть теперь не сама измерительная головка подсоединяется к участку цепи, а наш вольтметр в целом. Внутри которого эта самая головка соединена последовательно с добавочным резистором. Теперь необходимо рассчитать сопротивление этого резистора, чтобы знать цену деления вольтметра. Для этого сначала нужно определить множитель добавочного сопротивления.

Множитель добавочного сопротивления это отношение, которое показывает во сколько раз то напряжение, которое присутствует на выводах вольтметра больше напряжения поступающего на измерительную головку.

Добавочное сопротивление

Формула 1 — множитель добавочного сопротивления

Ну а зная этот множитель легко определить и величину добавочного сопротивления

Добавочное сопротивление

Формула 2 — добавочное сопротивление

Как правило, переносные измерительные приборы снабжаются не одним, а несколькими добавочными сопротивлениями. Таким образом, у них появляются некоторые диапазоны измерений. Это делается для того чтобы повысить универсальность вольтметра чтобы одним прибором можно было измерять значения напряжения в различных цепях.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *