evtiheeva_n_n__izmerenie_yelektricheskih _i_neyelektricheskih (1024281), страница 14
Текст из файла (страница 14)
При помощи компенсаторов можно измерять ЭДС и напряжения с весьма высокой точностью, так как резисторы На и Я, могут иметь погрешности, не превышающие 0,001%. Значение ЭДС нормального элемента известно также с не меньшей точностью. Классы точности компенсаторов постоянного тока лежат в пределах от 0,0005 до 0,5. Верхний предел измерения не превосходит 1„5 — 2,5 В. Нижний предел может составлять единицы нановольт.
Если вместо нормального элемента используется стабилизированный источник постоянного тока, то верхний предел измерения может быть повышен до нескольких десятков вольт. Для измерения более высоких напряжений применшотся схемы с делителем напряжения. При этом, однако, утрачивается одно из основных достоинств компенсационного метода измерения — отсутствие потребления мощности от объекта измерения. Компенсаторы используются также для точных косвенных измерений токов и соп11отивлений.
Для измерения тока У„в цепь включается образцовый резистор„сопротивление 21е которого известно с большой точностью, и компенсатором измеряется падение напряжения П на этом сопротивлении. Ток вычисляется по формуле Ь„, = У/Ле. Для измерения сопротивления резистора Я„последовательно с ним включается образцовый резистор Ве и в этой цепи устанавливается ток й Падение напряжения на Я„и Йе измеряется комленсатором. Из уравнений 0~ = Д1„н ~о = Д1е следует формула для вычисления значения измеряемого сопротивления В: х' 1~„= 11об'„/11о. Автоматические компенсаторы постоянного тока.
Измерения ручными компенсаторами требуют много времени. При этом не обеспечивается непрерывное слежение за текущим значением измеряемой величины. Непосредственное использование схемы, представленной на рис. 2.31, для построения автоматических компенсаторов неудобно из-за трудности автоматизации описанных выше последовательных этапов процесса измерения, таких, как установка рабочего тока, сравнение измеряемого и известного напряжений, считывание результата измерения и тщ.
Поэтому дчя построении автоматических компенсаторов используют другие схемы. Одна из наиболее распространенных приведена на рис. 2З2. В данном случае измеряемое напряжение У, должно быть скомпенсировано напряжением Ц,п, возникающим между точкой а и подвижным контактом б резистора В „выполненного в виде реохорда. Если компенсации нет, то некомпейсированная разность Ц, — Поп (после преобразования ее в переменное напряжение вибропреобразователем и усиления усилителем переменного тока) воздействует на реверсивный двигатель РД Механическая связь двигателя с подвижным бб контактом б приводит к перемещению последнего в направлении, обеспечивающем компенсацию измеряемого напряжения Ц, напряжением Ц,я. Двигатель при своем вращении перемешает также указатель вдоль шкалы компенсатора, обеспечивая возможность визуального считывания показаний.
Кроме того, больпшнство автоматических компенсаторов имеют механизмы записи показаний на бумажной ленте нли диске. Требуемое значение рабочего тока устанавливается при помощи переменного резистора йг, включенного последовательно со стабилизированным источником питания.
При правильной установке рабочего тока падение напряжения на резисторе К4 должно быть равно ЭДС нормального злемента, Такое значение выбрано потому, что его удобно контролировать при помощи образцового компенсатора, снабженного нормальным злементом. Дпя зтого на резисторе Я4 имеются специальные зажимы.
Погреппюсть автоматических потенциометров не превышает 0,5%. Время пробега указателем шкалы составляет несколько секунд. Порог чувствительности составляет доли мнлливольта. Компенсаторы переменного тока. Компенсационный метод измерения может использоваться также для измерения переменного напряжения. Тогда, однако„приходится иметь дело с определением не одного, а двух параметров. Это связано с тем, что переменное (синусоидапьное) напряжение определенной частоты характеризуется заданием его амплитуды и фазы либо при лредсгавленни в комплексном виде— заданием активной и реактивной частей.
Поэтому цля компенсации одного синусондального напряжения другим необходимо, чтобы их частоты и амплитуды были равны, а фазы различались на 180: У = П м1 т2' Ю~ = 1сз * 180 . Можно условие компенсации сформулировать по-дру. гому, потребовав, чтобы активная и реактивная части одного напря- 67 Рис 2 УЗ жения компенсировали активную и реактивную части другого: Ц>, = = — Уез ' (гр1 = г1рЗ ° В соответствии со сказанным выше можно по-разному осуществлять построение компенсатора. Можно в его состав включить злементы, предназначенные Лля регулировки амплитуды (делители), и злементы, обеспечивающие изменение фазы (фазорегуляторы) компенсирующего напряжения.
Такого рода компенсаторы называют полярно-координатными. Они не получили широкого распространения из-за необходимости использования фазорегулятора, относительно сложного элемента, дчя которого нелегко обеспечить требуемые метрологические параметры. На практике находят применение компенсаторы, принцип действия которых основан на раздельной компенсации активной и реактивной составляющих измеряемого напряжения соответствующими составляющими известного напряжения. Эти компецсаторы называются п1цпчоугольно-координатными.
На рис. 2ЗЗ представлена принципиальная схема прямоугольно-координатного компенсатора. Компенсатор имеет два электрических контура, связанных между собой взаимоинлуктивностью катушки М, В каждом из контуров имеется по одному реохорду (АВ и СР) . Середины реохордов соединены перемычкой Π— О. При подаче напряжения на трансформатор ТУвконтуре 1 возбуждается рабочий ток 1„значение которого устанавливается переменным резистором Я, по показаниям амперметра А, включенного в цепь конту(п.
Ток 1з в контуре 2 определяется ЭДСЕз, наведенной во вторичной обмотке катушки М и сопротивлением контура (2.71) 1з Езп1гсю + п1 + 1ссьз)* где 1г, — сопротивление реохорда СР; В1 — сопротивление резистора, предназначенного для поддержания требуемого значения 1з при изменении частоты; Ез — индуктивность вторичной обмотки катуш- и аг, выбираемая достаточно малой, с тем чтобы удовлетворялось условие Поскольку Ез = )соМУр, выражение (2.71) для тока в контуре 2 нриннмает вид (2.72) Риц ЗЗ4 Наличие множителя 7 в правой части формулы (2.71) говорит о том, что токи У и Тз имеют фазовый сдвиг 90'.
Падение напряжения на рео. хордах АВ и СР пропорционально токам 7р и Тэ, поэтому Я и Ур также сдвинуты относительно друг друга на 90', как это показано на векторной диаграмме рис. 2.34. Поскольку центры реохордов соединены перемычкой, их потенциал можно принять за нулевой. Напряжение, снимаемое с реохорда АВ, является активной составляющей Ц, а напряжение, снимаемое с реохорда С11, — реактивной составляющей Ур полного напряжения У„, которое должно компенсировать измеряемое напряжение ~У,, В зависимости от положения щеток реохордов конец вектоРа сг„= са + )П, может быть напРавлен в любУю из точек квадРата, ограниченного на рис.
2З4 пунктиром. Ясно, что этим квадратом определяется область значений напряжений Ух, которые могут быть измерены данным потенпяометром. Момент компенсации напряжений У„и с(, отмечается по указателю нуля РС, в качестве которого может быть использован вибрационный гальванометр. Две шкалы, относящиеся к реохордам АВ и С0, градуируются в единицах напряжения. По этим шкалам считываются напряжения Ц и О, соответственно.
Градуировка справедлива при определенных значениях рабочего тока!р и частоты ш. В момент компенсации о,- ~гР;, (2.73) а фаза ~l„может быль нандена по формуле й"~х ~ а' (2.74) Таким образом, оба параметра напряжения б„оказываются измеренными. Следует указать, что согласно выражению (2 72) ток Уз, а следовательно„и напряжение У зависят не только от рабочего тока У, но и — р' от частоты ш.
Поэтому при работе на частоте, отличной от номиналь. ной, градуировка шкалы У будет нарушена. Зля внесения поправки на частоту служит резистор Вг, при помощи которого можно поддерживать отношение токов Тз~Г постоянным в определенном диапазоне изменения частоты. 69 Компенсаторы переменного тока значительно уступают по точности компенсаторам постоянного тока. Это связано с тем, что рабочий ток приходится устанавливать по амперметрам, точность которых в лучшем случае соответствует классу 0,1 нли 0,2. Поэтому к основной области применения компенсаторов переменного тока относится не поверка приборов, а лабораторные измерения напряжения„ тока и комплексного сопротивления, особенно если важно знать не только модули измеряемых величин, но и их фазы (аргументы).
Ток и сопротивление измеряют косвенно, опираясь на закон Ома. 2,9. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ МССТЫ Общие понятия. Важным классом устройств, предназначенных для измерения параметров электрических цепей (сопротивления, емкости, индуктивносги и др.) методом сравнения, являются мосты. Сравнение измеряемой величины с образцовой мерой, которое производится в процессе измерения при помощи моста, может осуществляться вручную или автоматически, на постоянном или на переменном токе.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
