Практическое занятие «Расчет шунтов для расширения пределов измерения приборов непосредственной оценки»

Практическое занятие
«Расчет шунтов для расширения пределов измерения приборов непосредственной оценки»
Цель работы: Научиться рассчитывать значения добавочного сопротивления (шунтов) для расширения пределов измерения амперметра и вольтметра
Теория
Шунты и добавочные сопротивления
Силу тока в цепи измеряют амперметром. Включается амперметр в цепь последовательно (рис. 1)
Рис. 1
Амперметр измеряет силу тока в цепи, и поэтому его сопротивление должно быть очень малым, т.е. .При последовательном соединении проводников сила тока на каждом участке цепи одинакова, поэтому амперметр можно включать в любой участок цепи.
Каждый амперметр рассчитан на некоторую максимальную силу тока, при превышении которой прибор может перегореть. При измерении токов большей величины, чем те, на которую рассчитан амперметр, применяются шунты. Ш у н т — это сопротивление, которое включается последовательно в цепь измеряемого тока. Параллельно сопротивлению шунта присоединяют зажимы амперметра А (рис. 1); чтобы через амперметр прошла меньшая часть измеряемого тока, сопротивление шунта должно быть меньше сопротивления амперметра.
Найдем сопротивление R шунта, который необходимо подключить к амперметру для измерения силы тока в цепи, в n раз превышающей силу тока, на которую рассчитан прибор: I = n IА( n –коэффициент шунтирования). Сопротивление амперметра обозначим через RА. При подключении шунта часть измеряемой силы тока Iш пойдет по нему. Через амперметр должен идти ток, не превышающий IА (рис. 2).
Рис 2
При параллельном соединении I = n I = IА + Iш, а напряжение на шунте и амперметре одинаково и, согласно закону Ома, равно: I АRА = I шRш. Исключая силу тока IА из двух последних уравнений, получим

Для измерения напряжения на участке цепи применяют вольтметры. Включают вольтметр параллельно тем точкам цепи, напряжение между которыми надо измерить (рис. 3). Вольтметр не должен изменять напряжение на измеряемом участке цепи, поэтому сила тока, проходящего через вольтметр, должна быть много меньше, чем сила тока в измеряемом участке.
Рис. 3
Если сопротивление вольтметра Rv, то после включения его в цепь сопротивление участка будет равно Rх=R RvR+Rv ,что меньше первоначального значения сопротивления участка цепи
Вследствие этого измеряемое напряжение на участке цепи уменьшится. Для того чтобы вольтметр не вносил заметных искажений в измеряемое напряжение, его сопротивление должно быть большим по сравнению с сопротивлением участка цепи, на котором измеряется напряжение, т.е. . R> Rх>Любой вольтметр рассчитан на предельное напряжение Uv. С помощью подключения последовательно с вольтметром добавочного сопротивления Rш можно измерять в n раз большие напряжения: U = nUv. Найдем добавочное сопротивление, необходимое для измерения напряжений, в n раз больших тех, на которые рассчитан прибор.
При включении в цепь вольтметра добавочного сопротивления вольтметр по-прежнему измеряет напряжение Uv, но это составляет лишь часть измеряемого напряжения .Uv=Un Напряжение на добавочном сопротивлении Uш = U - Uv (рис. 4). Поэтому пределы измерения увеличиваются в n раз, и во столько же раз увеличивается цена деления вольтметра, а следовательно, уменьшается его чувствительность. Рис. 4
В вольтметре и добавочном сопротивлении сила тока одинакова, так как они включены последовательно. Поэтому Uv = IRv , Uш = IRш и U = nUv = nIRv.
При последовательном соединении напряжение на участке равно сумме напряжений на отдельных резисторах участка, т.е. U = 'Uv + 'Uш. Следовательно, nIRv = IRv + IRш. Отсюда Rш=Rv(n-1)
Решите задачи:
1.Определить величину сопротивления шунта амперметра для расширения пределов измерения тока с 10 миллиампер до 10 Ампер. Внутреннее сопротивление амперметра равно 100 Ом.
2.Определить сопротивление шунта к амперметру с внутренним сопротивлением 0,016 ом, если показания прибора нужно увеличить в пять раз,
3.К амперметру включен шунт, сопротивление которого в 25 раз меньше сопротивления прибора. Какой ток протекает в цепи, если амперметр показал 3А?
4.Вольтметром на 15 В нужно измерить напряжение 120 В. Определить величину добавочного сопротивления, если внутреннее сопротивление вольтметра 2000 ом.
5.Амперметр с наружным шунтом 0,005Ом рассчитан на предел измерения 60А, его внутреннее сопротивление 15Ом. Определить ток полного отклонения измерительной катушки прибора
6.Предел измерения вольтметра электромагнитной системы составляет 7,5 В при внутреннем сопротивлении 200Ом. Определить добавочное сопротивление, которое необходимо включить для расширения предела измерения до 600В.
7. Амперметр с внутренним сопротивлением 0.016 Ом имеет коэффициент шунтирования 10. Определить сопротивление шунта
8.Магнитоэлектрический прибор с сопротивлением 10Ом и током полного отклонения 7,5мА может быть использован в качестве амперметра на 30 А. Определить сопротивление шунта
9. Предел измерения вольтметра составляет 10В при внутреннем сопротивлении 300 Ом. Определить добавочное сопротивление, которое необходимо включить для расширения предела измерения до 500В.
10. Амперметр с внутренним сопротивлением 0.015 Ом имеет коэффициент шунтирования 10. Определить сопротивление шунта