3-7. Шунты и добавки
Мощность, потребляемая подвижной рамкой магнитоэлектрического прибора, невелика. В довольно грубом техническом приборе сопротивление рамки составляет примерно 5 Ом.
Рис. 3-10. Добавочное сопротивление на 15 000 в для магнитоэлектрического киловольтметра.
Рис. 3-11. Схема включения амперметра с шунтом.
Для отклонения стрелки прибора на полную шкалу требуется пропустить через рамку ток в 15 ма; падение напряжения на рамке при этом 75 мв, а мощность, потребляемая прибором, — около 1/100 вт. Но часто приходится измерять токи и напряжения, значительно отличающиеся от тех данных, на которые может быть выполнена рамка.
Чтобы измерять более высокие напряжения, последовательно с измерительной рамкой включают добавочное сопротивление — «добавку», как говорят для краткости речи (рис. 3-10).
Если вольтметр предназначен для измерения напряжений в несколько тысяч вольт (такие киловольтметры стоят, например, в установках для высокочастотного нагрева), то на этом добавочном сопротивлении падает напряжение, в десятки тысяч раз большее, чем на измерительной рамке. На то, чтобы отклонить рамку, затрачивают всего лишь десятитысячную долю мощности, потребляемой измерительной цепью. Сам прибор потребляет на отклонение стрелки меньше 1\1000 вт, но во всей измерительной цепи — в добавочном сопротивлении прибора — потребляется больше десятка ватт.
Это очень неэкономичное расходование мощности, и в маломощных устройствах такой вольтметр с добавочным сопротивлением нельзя применять. Например, как уже было сказано, простым магнитоэлектрическим вольтметром нельзя измерять напряжение в сеточных и анодных цепях приемных радиоламп: такой вольтметр даст неверные, сильно заниженные показания.
Когда приходится измерять большой ток, то по подвижной рамке пускают лишь незначительную часть его. Весь ток проходит по шунту — малоомному сопротивлению, выполненному из толстых манганиновых лент, лишь одна тысячная или десятитысячная доля от всего тока ответвляется в рамку измерительного прибора (рис. 3-11 и 3-12). И в этом случае в шунте гибнет мощность в тысячи раз больше той, что используется для отклонения стрелки измерительного прибора.
В установках для электролиза, где токи измеряются тысячами и даже десятками тысяч ампер, измерительный шунт вырастает в грандиозное сооружение, в нем теряются сотни ватт мощности. Здесь приходится переходить к другим методам измерений. Для работы в лабораториях удобны многошкальные приборы. Внутри кожуха прибора крепится несколько шунтов и добавок. Переключателем можно установить прибор на ту или иную шкалу: например, 1,5—15—150 в; 0,15— 0,5—1,5 а.
Рис. 3-12. Шунт на 10 000 α для магнитоэлектрического прибора.
К зажимам т подключается цепь главного тока, к зажимам п — прибор.
3-8. Электромагниты и грелки
Магнитоэлектрический прибор имеет высокую чувствительность, так как его рамка движется в поле сильного магнита. Но этот прибор неспособен измерять переменный ток. Переменный ток будет толкать рамку то в одну, то в другую сторону, и в результате она останется стоять на нуле.
Для тока 50 Гц часто применяют электромагнитные приборы. В них ток идет по катушке, вблизи которой подвешен лепесток из мягкого железа (рис. 3-13). В амперметре делают катушку из немногих толстых витков, в вольтметре катушка наматывается из тонкой проволоки. В обоих случаях железный лепесток перемагничивается, следуя за изменениями тока в катушке. Электромагнитные силы втягивают лепесток в катушку как в один, так и в другой полупериод переменного тока. Втягивающая сила пропорциональна квадрату силы тока в катушке. Поэтому шкалы у электромагнитных приборов неравномерные. В начале шкалы деления теснятся одно к другому, а в конце шкалы далеко раздвигаются. Эти приборы потребляют куда больше мощности, нежели магнитоэлектрические.
Вместо железного лепестка можно взять еще одну катушку — подвижную. Такой измерительный прибор вовсе без железа, с одними катушками называется электродинамическим. В этом приборе на подвижную катушку действует сила, пропорциональная произведению тока в обеих катушках (рис. 3-14).
Рис. 3-13. Электромагнитный прибор.
На каркасе 1 намотана катушка, по которой проходит измеряемый ток. Электромагнитные силы втягивают внутрь катушки железный лепесток 2, с которым соединена указательная стрелка 3. Силе втягивания может противодействовать пружина 6, соединенная с осью 7. Для сглаживания колебаний стрелки служит успокоитель (демпфер) 4, состоящий из трубки, в которой с малым зазором ходит поршень 5. На шкале прибора для указания системы помещается условное обозначение:
·
Рис. 3-14. Схема конструкции электродинамического прибора. Ток проходит по неподвижной рамке А и по подвижной а. Подвижная рамка стремится так повернуться, чтобы плоскости рамок совпали. Этому противодействуют спиральные пружины. На шкале прибора помещается условное обозначение
.
Если обе катушки ( и подвижную, и неподвижную) включить последовательно, то получится вольтметр или амперметр. Но можно включать одну катушку в цепь тока, а другую в цепь напряжения. Прибор будет показывать произведение тока на напряжение, т. е.
работать как ваттметр. Электродинамические ваттметры с успехом применяются для измерения мощности и на постоянном токе, и на переменном токе низкой частоты.
Но для токов высоких частот ни электромагнитные, ни электродинамические приборы не годятся. Ток высокой частоты не может преодолеть индуктивное сопротивление катушки с большим числом витков. У тока высокой частоты более ярко выражены его тепловые действия, а не механические. Высокочастотный ток «греет, но не тянет», поэтому и для измерений используют этот нагрев. Тепловыми приборами можно измерять как постоянный ток, так и токи самых высоких частот (рис. 3-15).
Рис. 3-15. Тепловой прибор.
Измеряемый ток проходит по тонкой проволоке, натянутой между точками К—К. В зависимости от силы тока проволочка эта больше или меньше нагревается и удлиняется. В точке А к этой проволочке прикреплена другая проволока АБ, оттягиваемая шелковинкой БД. Шелковинка обернута вокруг ролика Г и натягивается плоской пружиной Д. В зависимости от силы тока ролик Г и связанная с ним стрелка поворачиваются на больший или меньший угол.
На шкале прибора помещается условное обозначение:
