2.1.3 Измерение мощности
Мощность в электрических цепях постоянного тока измеряют прямым и косвенным методами. В первом случае для измерения мощности используют ваттметр (рисунок 8), во втором случае — амперметр и вольтметр (рисунок 9).
|
|
|
|
Рисунок 8 – Схема измерения мощности ваттметром |
Рисунок 9 – Схема измерения мощности амперметром и вольтметром |
В качестве
ваттметров обычно применяют
электродинамические приборы, у которых
имеются обмотки двух типов: последовательная
(или токовая)
обмотка
и параллельная
обмотка (или
обмотка
напряжения).
Токовую
обмотку
ваттметра включают
последовательно с приемником
,
то есть в цепь тока
,
а обмотку
напряжения
— параллельно
приемнику
,
то есть на напряжение
.
Начало токовой обмотки обозначено
,
начало обмотки напряжения
.
Начала обмоток образуют общую точку,
которую располагают на приборе.
Цена
деления ваттметра
определяется по следующим формулам:
, 
, (10)
где
,
,
— конечные значения мощности, напряжения
и тока, указанные на приборе,
— число делений шкалы прибора.
При измерении
мощности постоянного тока косвенным
методом (рисунок 9) определяют амперметром
значение силы тока
,
вольтметром — значение напряжения
и вычисляют мощность по формуле
. (11)
2.1.4 Измерение электрического сопротивления постоянному току
Электрические
сопротивления
электротехнических устройств (катушек,
резисторов и т.д) постоянному току можно
условно разделить на малые
(до
Ома),
средние
(от
до
Ом)
и большие
(свыше
Ом).
Для измерения малых сопротивлений
применяют метод
амперметра–вольтметра
и мостовой.
Для измерения средних сопротивлений
применяют методы амперметра–вольтметра,
непосредственной
оценки
(омметры),
мостовой
(одинарные
мосты) и
компенсационный.
Для измерения больших сопротивлений
используют метод непосредственной
оценки, реализуемый мегаомметрами.
Метод
амперметра–вольтметра является наиболее
простым для измерения малых и средних
сопротивлений. В основе его лежит закон
Ома
,
из которого следует простой способ
определения сопротивления
по показаниям амперметра и вольтметра:
. (12)
На практике этот метод может быть реализован двумя экспериментальными схемами, изображенными на рисунках 10 и 11.
|
|
|
|
Рисунок 10 – Схема измерения больших сопротивлений методом амперметра–вольтметра |
Рисунок 11 – Схема измерения малых сопротивлений методом амперметра–вольтметра |
В схеме рисунка
10 амперметр измеряет ток
в резисторе с сопротивлением
,
а вольтметр — напряжение
,
где
— напряжение на резисторе. Следовательно,
на основании закона Ома определяется
сумма сопротивлений резистора и
амперметра:
.
Действительное значение сопротивления
резистора
. (13)
Очевидно, что
ошибка
измерения будет тем меньше, чем меньше
сопротивление амперметра по отношению
к измеряемому сопротивлению
.
Схему рисунка 10, следовательно,
целесообразнее применять для измерения
больших сопротивлений.
В схеме рисунка
11 вольтметр присоединен непосредственно
к выводам резистора и показывает
напряжение на нем, а амперметр измеряет
сумму токов в резисторе и цепи вольтметра:
.
Следовательно, на основании показаний
приборов в этом случае определяется
проводимость:
.
Действительное значение сопротивления
резистора
. (14)
Очевидно, что чем
больше
сопротивление вольтметра по отношению
к измеряемому сопротивлению
,
тем меньше поправка к результату
измерений.
Схему рисунка 11, следовательно,
целесообразно применять для измерения
малых сопротивлений.
Измерение
сопротивлений методом непосредственной
оценки используется в специальном
электроизмерительном приборе — омметре,
принципиальная схема которого приведена
на рисунке 12. Он состоит из
магнитоэлектрического измерительного
механизма ()
с собственным сопротивлением
,
шкала которого проградуирована в омах,
источника питания с напряжением
,
добавочного резистора
и имеет выходные зажимы «
»,
к которым присоединяют объект с измеряемым
сопротивлением
.
Цена деления
омметра
определяется по следующей формуле:
, (15)
где
— конечное значение сопротивления,
указанное на приборе,
— число делений шкалы прибора.
|
|
|
Рисунок 12 – Принципиальная схема омметра |
Омметры удобны в практике, но имеют большую погрешность (класс точности 2,5) из-за неравномерности шкалы и нестабильности источника питания (обычно батарея гальванических элементов).
Для измерения средних по величине сопротивлений применяют мостовой метод. Устройства, реализующие этот метод измерения, называются измерительными мостами.
Одинарный
(четырехплечий)
мост (рисунок 13) содержит четыре плеча
и две диагонали. В одно плечо моста
включают измеряемое сопротивление
,
а три остальных плеча образованы
резисторами
,
и
.
В одну диагональ моста (между зажимами
«
»
и «
»)
включают источник питания с ЭДС
,
а в другую (зажимы «
»
и «
»)
— индикатор
,
выполняющий функцию указателя равновесии
моста.
|
|
|
Рисунок 13 – Схема измерительного моста для определения сопротивления |
Когда потенциалы
узлов «
»
и «
»
равны, ток в индикаторе
,
мост находится в состоянии равновесия
(признаком равновесия моста является
нулевое отклонение указателя
).
При этом справедливы следующие
соотношения:
; 
; 
и 
.
Разделив почленно два последних уравнения друг на друга и учтя равенства токов, получим
или 
.
Из последнего
выражения вычисляют искомое сопротивление
:
. (16)
Для измерения сопротивления с повышенной точностью используют компенсационный метод. Схема измерительной цепи аналогична схеме рисунка 4, используемой для измерения компенсационным методом напряжения.