2.2. Тұрақты токты өлшеу

Әртүрлі техника салаларында өлшеу кездестіретін тұрақты ток шамаларының диапазоны аса кең: 10^-17 А токтан ондаған және жүздеген мың амперге дейін. Сондықтан, әрине, олардың өлшеу құралдары мен әдістері әртүрлі.

10^-12  10^-6 А нүктелерін сезімталдығы жоғары магнитті-электрлі айналы гальвонометрлер мен гальвонометрлі компенса-торлар арқылы тікелей өлшеуге болады.

Компенсаторлардыңбасты элементтері – фотокүшейткіш пен гальвонометр.

Магниттіэлектрлі амперметрлермен өлшеу. Тұрақты токты өлшеу үшін негізінен магниттіэлектрлі жүйедегі амперметрлерді қолданады, олардың өлшеу шектері аспаптың қозғалу бөлігін толық ауытқытуға қажетті токпен анықталады. Бұл ток көбінесе 20-50 мА-ден (оның максималды мәні 300 мА) аспайды. Микро- және миллиамперметрлердің өлшеу тізбектері болып механизмнің шегіғана бола алады.

Егер өлшенетін І тогы аспаптың қоғалу бөлігін толық ауытқытуға қажетті І_П тогынан асып кетсе, онда аспаптың рамкасына параллель, І _Ш токтың қалған бөлігі өткізілетін шунт (резистор) қосылады (сурет 2.1). Шунттың R_Ш кедергісінің шамасын есептеу үшін төмендегі шарт орындалуы қажет

I_ПR_П=I_ШR_Ш=I[R_ШR_П/(R_Ш+R_П)]=const, (2.1)

мұндағы R_П - аспаптың рамка тізбегінің кедергісі.

Егер

I/I_П = n,

Болса, мұндағы n – шунт коэффициенті, онда R_Ш=R_П/(n-1).

2.1 Сурет. Шунтты микроамперметрдің схемасы

Шунттың кедергісінің шамасы 10^-2  10^-4 Ом.

Тұрақты ток тізбегіндегі кернеуді өлшеу. Тұрақты ток тізбегіндегі кернеуді өлшеу тұрақты токта жұмыс істейтін кернеуді кез-келген өлшегішпен өлшеп орыдалуы мүмкін.

Кернеуді магниттіэлектрлі вольтметрлермен өлшеу. Магниттіэлектрлі вольтметрдің өлшеу тізбегі өзінше механизмнің рамкасы мен оған тізбектей қосылған қосымша кедергіден тұрады. Вольтметрдің өлшеу тізбегіндегі өлшенетін кернеуді механизмнің қозғалу бөлігін ауытқыту үшін қажет токқа түрлендіреді. U_V вольтметрдің өлшеу шегі толық ауытқу І_V тогы мен вольтметрдің R_Д ішкі кедергісіне тәуелді, яғни аспап рамкасының R_П кедергісі мен соңғысының ішінде орналасқан қосымша R_Д резисторының қосындысына тең: R_V = R_П + R_Д;

U_V = I_V(R_П + R_Д) = I_VR_V. (2.2)

R_Д = U_V/I_V – R_П. (2.3)

Магниттіэлектрлі вольтметрлердің толық ауытқу тогы шамамен 0,5 – 30 мА.

Айнымалы ток тізбектеріндегі ток күші мен кернеуді өлшеу құралдары

Өнеркәсіптік жиіліктің токтарын өлшеуді негізінен электрмагнитті жүйе аспаптары арқылы, ал жоғары дәлдікте – электродинамикалық жүйе аспаптары арқылы орындайды.

2.2 Сурет. Амперметрді токтың өлшеу трансформаторына қосу схемасы

Электромагнитті жүйенің амперметрлерінің өлшеу шегін ұлғайту үшін шунтты пайдалану рационалды емес, өйткені ол аспатардың жеке тұтыну энергиясын қолайсыз үлкен етіп, қымбаттығын жоғарлатады. Өлшеу шектерін токтың өлшеу трансформаторлары арқылы ұлғайтады. Ток трансформаторының алғашқы орамасы І өлшенетін ток тізбегіне тікелей қосылып, ал екінші орамасының қысқыштарына А амперметр қосылады (2.2-сурет). Схемада: Tp_T – токтың өлшеу трансформаторы, Л₁, Л₂ – бірінші орама қысқыштары, И₁, И₂ – екінші орама қысқыштары.

Өлшенетін (алғашқы) І₁ токтың мәні белгілі және амперметр тізбегіндегі І₂ токтан едәуір үлкен болады. Ток трансформаторының екінші орамасы кернеуі 1  10 В шамаға төмендейтін кедергісі аз (2 Омнан жоғары емес) өлшеу аспабына тұйықталады. Екінші орамадағы осы кернеудің төмендеуін теңестіретін индукциялы э.қ.к. Е₂ де аз, сәйкесінше

Магниттелетін Tp_Т күштің теңдеуінде

(2.4)

Әдетте шамасын қолданбайды, сонда

(2.5)

осыдан өлшенетін токты

(2.6)

амперметрдің І₂ көрсеткішін k_Iн номиналды трансформациялау коэффициентіне тікелей көбейту арқылы анықтайды. Токтың трансформаторының екінші орамасын 5А-ге, кейбір жағдайда 1А-ге есептейді. Екінші тізбектің кедергісін жоғарлату нормалы режимді бұзып, магниттелген ампер-витков жоғарлатады.

Өнеркәсіптік жиілікте кернеуді өлшеу 50 Гц жиілікте жұмыс істейтін кез-келген вольтметрлермен орындалуы мүмкін, бірақ өнеркәсіптік жиіліктегі кернеуді негізінен электромагнитті және элетродинамикалы жүйе аспатарымен өлшейді.

Электромагнитті вольтметрдің өлшеу тізбегі өзінше механизмнің катушкасы мен қосымша кедергіні тізбектй қосуды береді. Вольтметрдің толық ауытқу І_V тогы

I_V = U/z_V, (2.7)

мұндағы U – вольтметрге қойылғанкернеу; z_V – вольтметрдің механизм катушкасының толықкедергісі мен қосымша кедергінің қосындысына тең ішкі кедергісі

(L_К – катушаның индуктивтігі).

Вольтметр шкаласының теңдеуі

Вольтметрлердегі толық ауытқу тогы үлкен емес, 25 – 50 мА-ге тең; шаманың өлшеу шегін төмендеткенде ол жоғарлайды да, 15  30 В кернеуде 100  200 мА-ге жетеді. Қосымша кедергіні көпшекті вольтметрлерде пайдаланады, ең жоғары шегі тікелей өлшеу кезінде 600 В-ге жетеді. Вольтметрдің тұтынатын қуаты 3  20 Вт аралықта ауытқиды. Вольтметрдің өлшеу шектері кернеудің өлшеу трансформаторлары арқылы ұлғайтылған. Кернеу трансформаторының алғашқы орамасын ₁ виток санымен U₁ кернеуі өлшенетін тізбекке параллель қосады да, ал екінші ораманы ₂ виток санымен U₂ кернеулі вольтметрге қосады.

Сурет 2.3-те: Tp_Т – кернеудің өлшеу трансформаторы; А, Х – алғашқы ораманың қысқыштары; а, х – екінші ораманың қысқыштары (екінші ораманы 100 В кернеуге есептейді).