Измерение постоянного тока

Вы уже знаете, что при измерении силы (величины) тока микроамперметр, миллиамперметр или амперметр включают в электрическую цепь последовательно (рис. 1), то есть в разрыв цепи, чтобы весь ток, потребляемый нагрузкой цепи, шел через измерительный прибор.

Но при этом не надо забывать о таком важном условии: измерительный прибор нельзя включать в цепь, в которой течет ток, превышающий ток I _и прибора. Суть этого требования заключается в следующем. Миллиамперметром любого авометра, независимо от его типа, можно измерять постоянные токи нескольких пределов. Авометр Школьный (АВО-63), например, рассчитан на измерения токов пяти пределов: 0,2; 0,5; 5; 50 и 500 мА (рис. 2). На первом из этих пределов, можно измерять токи силой до 200 мкА, на втором — до 500 мкА, на третьем, четвертом и пятом — соответственно до 5, 50 и 500 мА. Так вот, прежде чем включить прибор в цепь, надо убедиться в том, что его предел измерений соответствует предполагаемому току в измеряемой цепи. На практике лучше придерживаться такого правила: сначала включить наибольший предел измерений, а затем, постепенно переключая прибор на более низкие пределы, установить тот из них, при котором стрелка окажется в правой половине шкалы.

Каким образом одним и тем же мнкроамперметром удается измерять токи разных пределов, во много раз превышающие его ток? Разобраться в этом вопросе вам поможет такой опыт.

На предыдущем Практикуме каждый из его участников измерил параметры I_и и R_и имеющегося у него микроамперметра. Будем считать, что предельный ток I_и опытного прибора 200 мкА, а сопротивление его рамки R_и, являющееся внутренним сопротивлением прибора, равно 800 Ом. По схеме, показанной на рис. 3, составьте

точно такую же электрическую цепь, как при измерении этих основных параметров прибора. Здесь ИП_и — опытный измеритель тока, ИП_о — образцовый миллиамперметр, R_д — добавочный резистор (расчет его сопротивления вам знаком по предыдущему Практикуму), R_p — регулировочный резистор, Э — гальванический элемент 332, 343 или 373. Резистором Rр установите в цепи ток, соответствующий току I_и опытного прибора. Записав показание образцового прибора, подключите параллельно опытному прибору резистор (на рис. 3 — R_ш), сопротивление которого равно внутреннему сопротивлению R_и. Что теперь показывают приборы? Образцовый — прежний ток, а опытный — наполовину меньший.

А иного результата и не могло быть. Поскольку сопротивления рамки опытного прибора и подключенного к нему резистора Rш равны, то и ток на этом участке цепи раздвоился: половина его течет через микроамперметр, а половина через резистор Rш. Подключенный резистор шунтирует прибор, то есть создает для тока путь, параллельный прибору, поэтому его называют шунтом. Шунтируя прибор, он тем самым позволяет расширить предел его измерений.

Замените добавочный резистор Rд другим резистором, вдвое меньшего сопротивления и, не отключая шунт R_m, регулировочным резистором Rv установите в цепи такой ток, при котором стрелка микроампер-метра отклонится на всю шкалу. Какой ток показывает образцовый прибор? Ток в цепи стал вдвое больше. Значит шунт, сопротивление которого равно сопротивлению рамки, в два раза увеличил предел измерений прибора. Если без шунта опытным микроамперметром можно было измерять токи силой до 200 мкА, то с шунтом предел расширился до 400 мкА. И чем меньше будет сопротивление шунта, тем большая часть измеряемого тока потечет через него, тем все больше будет расширяться предел измерений.

Предлагаем два варианта пятипредельных измерителей тока. В первом из них (рис. 4, о) для каждого предела используются самостоятельные шунты (Rш1—Rш5). рассчитанные на разные пределы измерений, к которым микроамперметр ИП1 подключают с помощью переключателя В1 и кнопки Кн1. Положение ползунка переключателя на контакте Iп1 соответствует первому (наименьшему), на контактеIп5 — пятому (наибольшему) пределам измерений. Установив переключателем нужный предел измерений, нажимают кнопку и считывают показание прибора.

Во втором варианте (рис. 4, б) используется универсальный шунт, состоящий из последовательно соединенных резисторов Rш1—Rш5, который постоянно подключен параллельно микроамперметру ИП1. Здесь, как и в первом варианте, положение ползунка переключателя В1 на контакте Iп1соответствует наименьшему, а на контакте Iп5 — наибольшему пределам измерений. Чем больший предел, тем большая часть измеряемого тока течет через шунт. А ток через микроамперметр не превышает его тока I_п какие пределы измерений выбрать? Решая этот вопрос, всегда стремятся иметь такие пределы, чтобы первый из них охватывал первую треть шкалы второго предела, второй — первую треть шкалы третьего предела измерений и т. д. Шунты прибора по схеме первого варианта (рис. 4, а) рассчитывайте по такой формуле:

В этой формуле Iп — максимальный ток рассчитываемого предела измерений.

Следовательно, для микроамперметра с параметрамит I_п=200 мкА и R_и = 800 Ом, выбранного для этого Практикума в качестве примера, шунт Rш1 предела 1мА (до 1000 мкА)

должен быть сопротивлением:

Точно также рассчитывайте шунты и других пределов измерений. Шунт предела измерений 3 мА должен иметь сопротивление 57,1 Ом, предела 10 мА—16,3 Ом, предела 30 мА — 5,4 Ом, предела 100 мА — 1,6 Ом.

Порядок расчета универсального шунта (по рис. 4, б) такой. Сначала, пользуясь той же формулой, надо определить сопротивление всего шунта в расчете на первый (наименьший) предел измерении (до 1 мА). Оно, как и для такого же предела первого варианта прибора, равно 200 Ом. После этого рассчитывайте сопротивления резисторов, составляющих шунт, начиная с резистора Rш5 наибольшего предела:

Для шунтов используйте высокоомный манганиновый, константановый или нихромовый провод диаметром 0,08—0,1 мм в шелковой или бумажной изоляции. Наматывайте его на корпусы резисторов МЛТ-0,5, МЛТ-1 (рис. 5, о) с номиналами не менее 50—100 кОм, или на фигурную пластинку, выпиленную лобзиком из листового гетинакса (рис. 5, б). Длину отрезка провода нужного сопротивления можно рассчитать, пользуясь

справочной литературой, или измерить омметром.

Сопротивление шунта, как бы точно он не был рассчитан, при градуировке прибора обязательно придется подгонять. И чтобы не наращивать провод в случае его недостаточного сопротивления, длину провода будущего шунта надо брать на 5—10% больше расчетной.

Градуировка прибора сводится к подгонке сопротивлений шунтов под максимальный ток выбранных пределов измерений. Для этого потребуются: свежая батарея 3336Л, образцовый- многопредельный миллиамперметр (авометр), кнопка (или тумблер) и два переменных резистора — проволочный сопротивлением 100—300 Ом и пленочный типа СП или СПО сопротивлением 5—10 кОм. Первый из переменных резисторов будете использовать при подгонке шунтов на пределы измерений больше 30—50 мА, второй — при подгонке шунтов на токи меньших пределов.

"В цепь (рис. 6), составленную из образцового миллиамперметра ИП0, регулировочного резистора R_р, батареи Б и кнопки К_н включите шунт R_ш, а к нему подключите опытный измерительный прибор ИП_и (запомните: в измеряемую цепь включают шунт, а к нему подключают прибор!). Полностью введите в цепь сопротивление переменного резистора (движок в нижнем, по схеме, положении). Нажмите кнопку, чтобы замкнуть цепь, и, плавно уменьшая сопротивление регулировочного резистора, установите по шкале образцового прибора в цепи ток, соответствующий максимальному току предела измерений, например, 1 мА предела до 1 мА, Сличите показания приборов. Поскольку сопротивление провода шунта немного больше расчетного, стрелка опытного прибора не доходит до конечной отметки. Отпустите кнопку, отматайте немного провода шунта, вновь нажмите кнопку и снова сверьте показания приборов. Делайте так пока стрелка опытного прибора не отклонится на всю шкалу.

В универсальном шунте сначала подгоняют сопротивление его секции наименьшего предела измерений Rш1 шунта по схеме рис. 4, б). Только после этого переходят к подгонке секции следующего, более высокого предела измерений (по рис. 4, б — Rш2, затем Rш3, Rш4

и Rш5). Как пользоваться самодельным миллиамперметром? Так же, как до сих пор вы пользовались фирменными измерителями тока.

Влияет ли миллиамперметр, включенный в измеряемую цепь, на ток в. этой цепи? Влияет, но не столь сильно, чтобы в результаты радио-любительских измерений вносить соответствующие поправки. В самом деле, ведь миллиамперметр или иной измеритель тока обладает некоторым внутренним сопротивлением, слагающимся из сопротивлений шунта и рамки прибора. Включая его в измеряемую цепь, мы тем самым увеличиваем общее сопротивление цепи и, следовательно, уменьшаем ток в этой цепи. Влияние миллиамперметра на ток в измеряемой цепи будет тем меньше, чем меньше внутреннее сопротивление прибора и его часть в общем сопротивлении цепи, На следующем Практикуме, который состоится в мае, вы дополните прибор несколькими резисторами и таким образом превратите его в многопредельный миллиампервольтметр