Измерение малых токов и напряжений и нулевые указатели

Необходимость измерения малых токов и напряжений встреча­ется в практике электрических измерений очень часто. При этом нужно различать два случая. В первом случае необходимо количе­ственно измерить ток или напряжение. Тогда шкала прибора гра­дуируется в единицах тока или напряжения или той неэлектриче­ской величины, которая преобразуется в ток или напряжение. Главным требованием к подобным приборам является их точ­ность.

Во втором случае в задачу прибора входит лишь выявление фак­та наличия тока (точнее — отсутствия тока) в том или ином участ­ке цепи, что имеет место при измерениях по методу сравнения в нулевом (равновесном) режиме. Подобные приборы называются ну левыми указателям и.

Главным требованием к ним явля­ется высокая чувствительность. Точность нулевых указателей прак­тически не играет никакой роли. Предел увеличения чувствитель­ности ставится помехами, вызывающими отклонение нулевого указателя. К этим помехам следует отнести точки утечки, обуслов­ленные несовершенством изоляции источников питания и отдель­ных частей установки, механические сотрясения, ЭДС и токи, ин­дуктируемые в катушках и проводах измерительной цепи внешни­ми магнитными полями, и т. д.

В качестве нулевых указателей используются различные гальва­нометры постоянного и переменного тока, а также ламповые и фотоэлектрические усилители с магнитоэлектрическим измери­тельным механизмом.

Магнитоэлектрический гальванометр представляет собой обыч­ный магнитоэлектрический измерительный механизм с креплени­ем подвижной рамки (или магнита) на подвесе и с зеркальным отсчетом. Высокая чувствительность гальванометра достигается в основном за счет резкого уменьшения противодействующего мо­мента подвеса по сравнению с противодействующим моментом пружинки. Однако при столь малом противодействующем моменте начинает играть большую роль момент успокоения.

Если обмотку рамки намотать на алюминиевый каркас, как это делается у обычных магнитоэлектрических приборов на кернах, то момент успокоения, создаваемый взаимодействием тока, индукти­руемого в каркасе при движении рамки, с полем постоянного маг­нита будет значительно больше, чем вращающий или противодей­ствующий момент.

Поэтому рамку гальванометра выполняют бес­каркасной. На рис. 8.5 показаны кривые движения подвижной части галь­ванометра к положению равновесия (т. е. к установившемуся от­клонению). Кривая I имеет место, когда сопротивление Rвн ве­лико. Этот режим работы прибора является колебательным, или периодическим (недоуспокоенным). Кривая II соответствует кри­тическому режиму движения подвижной части, являющемуся граничным между периодическим и апериодическим режимами. Кривая III соответствует так называемому апериодическому (пе­реуспокоенному) движению, что характерно при малых значени­ях Rвн.

Следует отметить, что в одном гальванометре сочетать высокую чувствительность к току и напряжению практически невозможно. В гальванометрах, чувствительных к току, обычно выбирают зна­чительное число витков, что непосредственно ведет к увеличению сопротивления рамки и числа потокосцеплений, а следовательно, к увеличению критического сопротивления. Гальванометры, чув­ствительные к напряжению, имеют малое сопротивление рамки и малое критическое сопротивление.