Если шкалу амперметра отградуировать с учетом шунта, то можно определять значение измеряемого тока I непосредственно по показаниям прибора.
При измерении переменных токов шунты не применяют. Это объясняется тем, что распределение токов между шунтом и амперметром определяется не только их активным сопротивлением, но и реактивным сопротивлением прибора, которое зависит от частоты. Поэтому для расширения пределов измерения амперметров в цепях переменного тока используют измерительные трансформаторы тока. Их мы рассмотрим чуть позже.
3.6.2. Измерение напряжения
Электроизмерительные приборы, предназначенные для измерения напряжения, называют вольтметрами. Их включают параллельно участку (элементу) электрической цепи, на котором измеряется напряжение. Вольтметр должен иметь очень большое сопротивление по сравнению с сопротивлением элемента цепи, на котором измеряется напряжение. Это необходимо для уменьшения погрешности измерения и для того, чтобы не было изменения режима работы цепи. В самом деле, чем больше сопротивление вольтметра, тем меньший ток проходит через него и тем меньше расходуется в нем энергии, а, следовательно, тем меньшее влияние оказывает включение прибора на режим работы цепи.
Для расширения пределов измерений вольтметров в цепях постоянного тока с напряжением до 1000-4500 В служат добавочные резисторы, включаемые последовательно с прибором (рис. 3.8).
В цепях переменного тока напряжением свыше 1000 В для расширения пределов измерений используют измерительные трансформаторы напряжения.
При включении последовательно с вольтметром добавочного резистора сопротивление последнего определяют из следующих соображений: допустим, вольтметром с сопротивлением rV, рассчитанным на номинальное напряжение UНОМ, необходимо измерить напряжение Uxmax которое в n раз больше UНОМ
В этом случае необходимо соблюдать условие, при котором ток, проходящий через вольтметр, был бы одинаковым при обоих напряжениях, т.е.
где UV - показания вольтметра .
Шкалу вольтметров в большинстве случаев градуируют с учетом добавочного сопротивления rд. При этом вольтметр может быть выполнен на несколько пределов измерения, для чего он снабжается несколькими добавочными сопротивлениями и соответствующим переключателем шкалы на лицевой стороне прибора.
Для измерения напряжения в цепях постоянного тока применяют магнитоэлектрические вольтметры, а в цепях переменного тока - электромагнитные и электродинамические. При измерении малых переменных напряжений используют выпрямительные и электронные милливольтметры, причем при повышенных частотах преимущественно электронные.
3.6.3. Трансформаторы тока и напряжения
Как уже было отмечено, измерение напряжений сверх 1000 В и оков выше 5 А в цепях переменного тока производится с помощью специальных измерительных трансформаторов напряжения и тока (Рис. 3.9, а - измерение напряжений; б - измерение тока).
Измеряемое напряжение при использовании трансформатора ТV
где U1 - показание вольтметра PV , КUД - действительный коэффициент трансформации трансформатора напряжения.
Измеряемый ток при использовании трансформатора тока ТА
где IA- показание амперметра РА; kIД - действительный коэффициент трансформации трансформатора тока, который совпадает с номинальным kIН только при номинальной нагрузке потребителя на сеть.
ГОСТ 7746-55 устанавливает допустимые погрешности трансформатоов fT(%) по классам:
3.6.4. Измерение мощности и энергии в электрических цепях
В цепи постоянного тока мощность может быть измерена с помощью амперметра и вольтметра, так как Р = I • U. Однако более точно ее можно измерить электродинамическим ваттметром (рис. 3.10).
Он состоит из катушки с малым сопротивлением, включенной, как амперметр, последовательно и называемой токовой обмоткой , и подвижной катушки с большим сопротивлением, включаемой параллельно и называемой обмоткой напряжения.