Что такое компенсационный способ измерения

Компенсационный метод измерений

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . 1969—1978 .

Полезное

Смотреть что такое «Компенсационный метод измерений» в других словарях:

КОМПЕНСАЦИОННЫЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЙ — основан на компенсации (уравнивании) измеряемого напряжения (эдс) напряжением, создаваемым на известном сопротивлении током от вспомогат. источника. К. м. и. применяют не только для электрич. величин (эдс, напряжений, токов, сопротивлений), но и… … Физическая энциклопедия

компенсационный метод (измерений) — нулевой метод (измерений) — [Л.Г.Суменко. Англо русский словарь по информационным технологиям. М.: ГП ЦНИИС, 2003.] Тематики информационные технологии в целом Синонимы нулевой метод (измерений) EN zero methodcompensation methodnull method … Справочник технического переводчика

КОМПЕНСАЦИОННЫЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЙ — то же, что нулевой метод измерений … Большой Энциклопедический словарь

компенсационный метод измерений — то же, что нулевой метод измерений. * * * КОМПЕНСАЦИОННЫЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЙ КОМПЕНСАЦИОННЫЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЙ, то же, что нулевой метод измерений (см. НУЛЕВОЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЙ) … Энциклопедический словарь

КОМПЕНСАЦИОННЫЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЙ — то же. что нулевой метод измерений(используется гл. обр. при измерениях электрич. напряжений) … Большой энциклопедический политехнический словарь

КОМПЕНСАЦИОННЫЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЙ — то же, что нулевой метод измерений … Естествознание. Энциклопедический словарь

НУЛЕВОЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЙ — компенсационный метод измерений, высокоточный метод измерений, осн. на сравнении измеряемой величины с мерой, в к ром на нулевой прибор (нуль индикатор) воздействует сигнал, пропорциональный разности измеряемой и известной величин (в процессе… … Большой энциклопедический политехнический словарь

НУЛЕВОЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЙ — (компенсационный метод измерений), один из вариантов метода сравнения с мерой, в к ром на нулевой прибор воздействует сигнал, пропорциональный разности измеряемой и известной величин, причём эту разность доводят до нуля. Пример: измерение… … Естествознание. Энциклопедический словарь

нулевой метод измерений — (компенсационный метод измерений), один из вариантов метода сравнения с мерой, в котором на нулевой прибор воздействует сигнал, пропорциональный разности измеряемой и известной величин, причём эту разность доводят до нуля. Пример: измерение… … Энциклопедический словарь

НУЛЕВОЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЙ — (компенсационный метод измерений) один из вариантов метода сравнения с мерой, в котором на нулевой прибор воздействует сигнал, пропорциональный разности измеряемой и известной величин, причем эту разность доводят до нуля. Пример: измерение… … Большой Энциклопедический словарь

Источник

Что такое компенсационный способ измерения

Компенсационный метод измерений является одним из вариантов метода сравнения с мерой, в котором результирующий эффект воздействия величин на прибор сравнения доводят до нуля (добиваются нулевого показания измерительного прибора). Компенсационный метод измерений отличается высокой точностью. Она зависит от чувствительности нулевого прибора (нульиндикатора), контролирующего осуществление компенсации, и от точности определения величины, компенсирующей измеряемую величину.

Рассмотрим компенсационный метод измерений, основанный на компенсации (уравнивании) измеряемого напряжения или ЭДС напряжением, создаваемым на известном сопротивлении током от вспомогательного источника.

В качестве примера метода одновременного непосредственного сравнения ЭДС и напряжения рассмотрим измерительную цепь, изображенную на рис. 1. Резистор R₁ включен последовательно с реостатом R и источником тока Е. К зажимам А и В через указатель равновесия УР (преобразователь сравнения) присоединяется источник измеряемой ЭДС Е_X. Полярность включения Е_X и Е должна быть такой, как показано на рис. 1, чтобы в контуре, состоящем из Е_X, УР и R₀, э. д. с. Е_X и напряжение U_АВ на участке резистора с сопротивлением R₀ были направлены встречно.

Можно найти такое его положение на участке реостата R, при котором стрелка указателя равновесия не будет отклоняться. Это явится свидетельством того, что ток I_УР в цепи УР в пределах его чувствительности равен нулю, а следовательно, Е_X = Е. Значение Е должно быть известным. В данном примере две однородные величины — измеряемая Е_X и известная Е — непосредственно противопоставляются друг другу, и по отсутствию эффекта (тока), вызываемою этими величинами в замкнутой цепи, судят о значении измеряемой величины. Этот метод называют также методом противопоставления.

К приборам компенсационного типа относится мост постоянного тока Уитстона, предназначенный для измерения сопротивления проводников (рис. 2).

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. В простейшем случае мостовая схема содержит четыре резистора, соединенных в кольцевой замкнутый контур. Такую схему имеет одинарный мост постоянного тока (рис. 2). Резисторы R_l, R₂, R₃ и R₄ этого контура называются плечами моста, а точки соединения соседних плеч – вершинами моста. Цепи, соединяющие противоположные вершины, называют диагоналями. Одна из диагоналей (3–4) содержит источник питания, а другая (1–2) – указатель равновесия G. В случае моста переменного тока его плечи могут включать в себя не только резисторы, но также конденсаторы и катушки индуктивности, т.е. сопротивления могут иметь комплексный характер.

Мост называется уравновешенным, если разность потенциалов между точками 1 и 2 равна нулю, т.е. напряжение на диагонали, содержащей индикатор нуля, отсутствует и ток через индикатор равен нулю.

Соотношение между сопротивлениями плеч, при котором мост уравновешен, называется условием равновесия моста. Это условие можно получить, используя законы Кирхгофа для расчета мостовой схемы. Например, для одинарного моста постоянного тока зависимость протекающего через индикатор нуля (гальванометр) G тока I_G не зависит от сопротивлений плеч, сопротивления гальванометра G и напряжения питания и имеет вид

Это и есть условие равновесия одинарного моста постоянного тока, которое можно сформулировать следующим образом: для того чтобы мост был уравновешен, произведения сопротивлений противолежащих плеч должны быть равны. Если сопротивление одного из плеч неизвестно (например, R_l = R_x), то условие равновесия моста будет иметь вид

Таким образом, измерение при помощи одинарного моста можно рассматривать как сравнение неизвестного сопротивления R_x с образцовым сопротивлением R₂ при сохранении неизменным отношением R₃/R₄. По этой причине плечо R₂ называют плечом сравнения, плечи R₃ и R₄ – плечами отношения.

На рис. 3 приведена схема автоматического моста для измерения активного сопротивления R_x. Схема по существу представляет собой обычный одинарный мост, уравновешивание которого достигается перемещением ползунка реохорда. Перемещение осуществляется при помощи реверсивного двигателя РД, ротор которого вращается до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие моста. Одновременно с перемещением ползуна происходит движение указателя и пера регистрирующего устройства, если таковое имеется. Питание моста обычно производится переменным током, поскольку в этом случае схема оказывается проще, чем при использовании постоянного тока. Приведенная погрешность автоматических мостов равна 0,25-0,5%, быстродействие – около 1 с.

Схемы и конструкции автоматических мостов переменного тока для измерения емкости и индуктивности значительно сложнее и обеспечивают меньшую точность (рис. 3).

Компенсационный метод измерений применяют не только для измерений электрических величин (ЭДС, напряжений, токов, сопротивления). Он широко применяется и для измерения др. физических величин (механических, световых, температуры и т.д.), которые обычно предварительно преобразуют в электрические величины.

Например, при использовании термопары, которая изменяет ЭДС при изменении температуры, и компенсационной схемы (рис. 1) для измерения ЭДС можно измерять температуру.

При использовании фотоэлемента, который изменяет сопротивление при изменении температуры, и мостовой схемы (рис. 2, 3) для измерения сопротивления можно измерять освещенность.

Список литературы

1. Карандеев К. Б., Специальные методы электрических измерений, М. – Л., 1963.

2. Евтихиев, Я.А. Купершмидт, В.Ф. Папуловский, В.Н. Скугоров; Под общ. ред. Н.Н. Евтихиева. — М.: Энергоатомиздат, 1990. – 352 с: ил.

3. Электрические измерения. Средства и методы измерений (общий курс). Под ред. Е Г. Шрамкова. Учеб. пособие для втузов. М., «Высш. школа», 1972. 520 с. с илл.

Источник

Компенсационный метод измерения

Компенсационный метод (метод противопос­тавления) измерения заключается в уравновешивании, осуществляе­мом включением на индикатор равновесия либо двух электрически

Рис. 7.2, Схема компенсации на­пряжений

не связанных между собой, но противоположно направленных напряжений или ЭДС, либо двух раздельно регулируемых токов. Компенсационный метод исполь­зуют для непосредственного срав­нения напряжений или ЭДС, тока и косвенно для измерения других электрических, а также неэлектри­ческих величин, преобразуемых в электрические.

Применяют следующие схемы компенсации: а) напряжений или ЭДС (рис. 7.2); б) электрических токов (рис. 7.3).

Рис. 7.3. Схема компенсации токов

Схема, показанная на рис. 7.2, наиболее распространенная. В ней измеряемое напряжение U_x компенсируется равным, но про­тивоположным по знаку известным напряжением U_K. Падение на­пряжения U_K создается током / на изменяемом по значению ком­пенсирующем образцовом сопротивлении R_K. Изменение R_к про­исходит до тех пор, пока U_K не будет равно U_x. Момент компен­сации определяют по отсутствию тока в цепи магнитоэлектриче­ского гальванометра G; при этом мощность от объекта измерения не потребляется.

Компенсационный метод обеспечивает высокую точность изме­рения.

Компенсаторами или потенциометрами называют устройства, предназначенные для измерения методом компенсации напряжения или э.д.с., а также ряда других электрических величин, связанных с напряжением или э.д.с. с функциональной зависимостью (например, I, P, R, и др.).

В практических схемах компенсаторов для обеспечения необходи­мой точности измерения ток I в рабочей цепи определяют не ампер­метром непосредственной оценки, а компенсационным методом с помощью эталона ЭДС нормального элемента. Нормальные эле­менты обеспечивают постоянную во времени ЭДС, равную 1,01865 В при температуре 20 °С, внутреннее сопротивление 500—1000 Ом, ток перегрузки 1 мкА. С изменением температуры окружающей среды значение ЭДС уменьшается на каждый градус повышения температуры:

E_t = E20 — 0,00004 (t — 20) — 0,000001 (t

где Et — ЭДС при температуре t, °С; E₂₀ — ЭДС при 20 °С.

Схема компенсатора представлена на рис. 7.4. Она содержит источник вспомогательной ЭДС E_всп для питания рабочей цепи, в которую включают регулировочное R_p, компенсирующее R_Kи образцовое R_H сопротивления. К зажимам НЭ подключают нор­мальный элемент, ЭДС которого E_нэ, к зажимам X — искомую ЭДС Е_х. В качестве индикатора равновесия используют высоко­чувствительный магнитоэлектрический гальванометр G.

При работе с Компенсатором выполняют две операции:

1) устанавливают ток / в рабочей цепи компенсатора с помощью источника вспомогательной ЭДС E_всп (положение 1 переключа­теля В);

2) измеряют искомую ЭДС Е_х (положение 2 переключателя В).

Для установки рабочего тока предварительно определяют темпе­ратуру окружающей среды, затем по (7.3) вычисляют точ­ное значение ЭДС нормаль­ного элемента для данной температуры. Далее устанав­ливают образцовое сопротив­ление R_H, значение которого выбирают в зависимости от значений тока в рабочей це­пи и ЭДС при температуре t (сопротивление R_K состоит из катушки с постоянным значе­нием сопротивления и после­довательно соединенной с ней температурной декадой). За­тем переключатель В ставят в положение 1 и ЭДС

Рис. 7.4. Схема компенсатора

нормального элемента противопоставляют падению напряжения на R_u, которое регулируется с помощью изменяющего значение тока / в рабочей цепи резистором R_p. Момент компенсации соответствует нулевому отклонению гальванометра G, т. е. E_нэ = IR_n.

После установления рабочего тока I для измерения Е_х переключатель В ставят в положение 2 и регулировкой образцового компенсирующего сопротивления R_к вновь доводят до нуля ток в цепи гальванометра G. Тогда

(7.4)

где I — значение тока, установленное при положении 1 переклю­чателя В;RK— значение образцового компенсирующего сопро­тивления, при котором имеет место состояние равновесия.

Сопротивление R_K выполняют по специальным схемам, кото­рые обеспечивают постоянное сопротивление между точками 3, 4 и переменное сопротивление между точками 3, Д, а также необхо­димое число знаков и точность отсчета.

Указанным условиям удовлетворяют схемы с замещающими (рис. 7.5) и шунтирующими декадами (рис. 7.6). В схеме с замещаю­щими декадами все секции верхних декад полностью дублированы соответствующими секциями нижних декад. Переключатели двух одинаковых декад связаны механически. При перемещении пере­ключателей общее сопротивление остается неизменным: если умень­шаются значения сопротивлений верхних декад, то увеличиваются значения сопротивлений нижних декад, и наоборот. Компенсирую­щее напряжение можно снимать с верхних или нижних декад. Каждая последующая декада имеет сопротивление секции в десять раз меньше предыдущей. Р схеме с шунтирующими декадами при каждом положении двойных переключателей одна секция верхней декады шунтируется девятою секциями нижней декады, при этом

Рис. 7.5, Схема с замещающими декадами

общее сопротивление между точками 3 и 4 (см. рис. 7.4) остается неизменным. Ток через ceкции сопротивлений нижней декады Г в десять раз меньше тока ‘ через секции сопротивлений верхней декады, т. е.

Компенсирующее напряжение можно определить так:

где m, n — соответственно число включенных секций верхней и нижней декад; ua, U б — падения напряжения на отдельных секциях соответствую­щих декад.

Рассмотренные вари­анты выполнения сопро­тивления R_K обеспечи­вают неизменность его полного значения, а сле­довательно, и неизмен­ность тока I в момент компенсации, если ЭДС вспомогательного источ­ника E_всп — const.

В зависимости от зна­чения сопротивления рабочей цепи различают компенсаторы постоянного тока большого сопротивления (высокоомные 10—40 кОм, ток рабочей цепи 10

4 А, порядок измеряемого напряжения 1—2,5 В, погрешность измерения 0,02 % от измеряемой величины) и малого сопротивления (низкоомные 10-1000 Ом; ток рабочей цепи 0,1- 0.001 А, порядок измеряемого напряжения до 100Мв, погрешность

измерения 0,5% от измеряемого значения.

Высокоомные компенсаторы при­меняются для измерений в высокоомных цепях, где из-за ус­ловий успокоения гальванометра и согласования его сопротив­ления с сопротивлением схемы применяют высокоомные галь­ванометры, а потому целесообразно иметь высокоомный и цепь самого компенсатора. Низкоомные компенсаторы применяют­ся в противоположных условиях. Высокоомные компенсаторы рассчитываются на измерение напряжений порядка I—2,5 в, имеют рабочий ток в главной рабочей цепи 10

* а и со­противление этой цепи 10000—40000 ом.

Низкоомные компенсаторы рассчитаны на измерение на­пряжений менее 100 мв , сопротивление главной рабочей цепи их имеет величину от десятков до 2000 ом и ток в главной ра­бочей цепи 10

Как высокоомные, так и низкоомные компенсаторы пред­назначены для поверки измерительных приборов и мер (шун­тов, делителей, измерительных катушек, нормальных элемен­тов и пр.), а также для выполнения всякого рода рабочих из­мерений.

Компенсационный метод относится к наиболее точным сре­ди методов и приборов, предназначенных для измерения на­пряжений: погрешность его может иметь порядок 0,01% и да­же 0,0011%.

В компенсаторе постоянного тока, как и в любом другом приборе, построенном на косвенном методе измерения, резуль­тирующая погрешность измерения (абсолютная или относи­тельная) является функцией частных погрешностей, вносимых каждым элементом схемы. В компенсаторе к таким элементам относятся нормальный элемент, гальванометр, сопротивления R_H и R—чем точнее выполнены эти элементы, тем точнее ре­зультат измерения.

Своей высокой точности компенсаторы постоянного тока обязаны присутствию в схеме нормального элемента, э. д. с. которого известна с точностью до тысячных долей процента, с которым (косвенным образом) производится сравнение неиз­вестного напряжения или э. д. с.

Для облегчения расчета допустимой погрешности измере­ния большая часть современных компенсаторов снабжается формулой, указанной в инструкции к пользованию прибором. В этой формуле допустимые для данного компенсатора по­грешности, возникающие за счет несовершенства изготовле­ния элементов схемы, остающиеся постоянными в процессе из­мерений, объединяются в постоянный член уравнения и не требуют постоянного пересчета.

Переменной величиной в формуле является сопротивление Rbc, которое в процессе работы может принимать разные значения в зависимости от порядка измеряемого напряжения и от опыта экспериментатора.

При измерении ЭДС источников с большим внутренним сопро­тивлением или напряжений, действующих в высокоомных цепях, входное сопротивление магнитоэлектрических и электронных вольтмет­ров может быть недоста­точно большим, поэтому целесообразно использо­вать дифференциальный или компенсационный метод.

Дифференциальный метод основан на изме­рении разности между

Рис. 7.7. Схема измерения постоянного напря­жения дифференциальным методом

измеряемым и образцовым напряжением при их неполной компен­сации. Схема измерения представлена на рис. 7.7. Высокоомный электронный вольтметр у! с чувствительным пределом служит для измерения разностного напряжения между измеряемым U_x и образ­цовым U_K напряжениями. Магнитоэлектрический аналоговый или цифровой вольтметр У₂ используется для измерения образцового напряжения 1/_к. Рекомендуется при U_K — 0 измерить вольтмет­ром V1 ориентировочное значение U_x, а уже затем установить по вольтметру V₂ удобное для отсчета напряжение U_K. Измеряемое напряжение U_x при указанной полярности включения вольт­метра V1 определяется как U_x=U_K +∆U

Дифференциальный метод обеспечивает высокую точность изме­рения напряжения. Погрешность измерения определяется в основ­ном погрешностью вольтметра, измеряющего L/_K.

Входное сопротивление цепи

намного превышает входное сопротивление rvi вольтметра V_t. Гальванометрические компенсаторы служат для измерения ма­лых постоянных напряжений (порядка 10

8 В). Основными элементами гальванометрического компенсатора (рис. 7.8) являются: измерительный механизм магнитоэлектрического зеркального галь­ванометра G, образцовый резистор обратной связи R_к, фоторези­сторы ФR1 и ФR₂, источники постоянного напряжения с Е1 = Е2, магнитоэлектрический микроамперметр.

На зеркальце гальвано­метра G направлен луч света от прожектора Пр. При отсутствии напряжения V_х луч света, отраженный от зеркала, одинаково освещает фотосопро­тивления, в результате ток Iк = 0. При подаче на вход измерителя напряжения U_x в цепи гальванометра G появ­ляется ток Iг, подвижная часть гальванометра повора­чивается на некоторый угол и происходит перераспределе­ние освещенности фоторези­сторов и изменение их соп­ротивлений.

Согласно схеме включения фоторезисторов и полярности U_х сопротивление фоторезистора ФR1 уменьшится, а ФR₂ увеличится. Через резистор R_K потечет ток I_к, создавая на R_K компенсирующее напряжение U_K, почти равное измеряемому напряжению U_x. Значение тока I_к авто­матически изменяется в зависимости от изменения измеряемого напряжения U_x, но всегда так, что выполняется условие U_x

U_K обеспечиваемое за счет небольших изменений тока Iг в цепи галь­ванометра:

Чем чувствительнее гальванометр, тем при меньших измене­ниях I_Г произойдет соответствующее изменение тока I_к, нужное для выполнения условия U_K≈U_X.

Повышение чувствительности достигается благодаря примене­нию специальной конструкции гальванометра, что обеспечивает при токах порядка 10

14 А максимальный угол поворота подвижной части.

Значение компенсирующего тока I_к зависит от значений E1 = E₂, относительного изменения фотосопротивлений и может достигать нескольких десятков микроампер.

Гальванический компенсатор имеет высокую чувствительность :при высоком входном сопротивлении.

Электрометрические компенсаторы — измерители напряжения, использующие электромеханический электрометр и имеющие весьма • высокое входное сопротивление (10 16 —10 17 Ом). Они просты ,и удобны в эксплуатации. Электромеханический электрометр представляет собой чувствительный электростатический измерительный механизм, легкая подвижная часть которого подвешивается на тонкой упругой нити. В механизме применяется световой ука­затель положения подвижной части. Схема электрометрического компенсатора представлена на рис. 7.9, где электрический электро­метр, состоящий из двух неподвижных обкладок 1, 2 и подвижной обкладки 3, расположенной симметрично относительно неподвиж­ных.

Рис. 7,9, Схема электрометрического компенсатора

К подвижной обкладке прикреплено миниатюрное зеркальце. На неподвижные обкладки подается напряжение возбуждения U_В, что позволяет повысить чувствительность и возможность установки нуля показаний электрическим путем (при замкнутых зажимах U_x

посредством переменного резистора R₀).

Принцип работы элект­рометрического компенса­тора аналогичен работе гальванометрического ком­пенсатора.

При подключении изме­ряемого напряжения U_xподвижная часть электро­метра Э повернется на не­который угол, что приве­дет к перераспределению световых потоков, освещаю­щих фоторезисторы ФR_l

и ФR₂ к появлению тока компенсации I_к и соответст­венно напряжения U_К, уравновешивающего измеряемое напря­жение U_x. Подвижная часть электрометра будет отклоняться до тех пор, пока не наступит равенство напряжений U_x = U_K. Так как сопротивление резистора обратной связи R_K может быть незначительным, то ток I_к может быть сравнительно большим и измеряться микроамперметром. Входной ток компенсатора опре­деляется токами утечки, поэтому он мал, а следовательно, входное сопротивление велико (10 16 — 10 17 Ом). Кроме измерителей напря­жения строятся и высокочувствительные электрометрические изме­рители тока.

ПРИМЕНЕНИЕ КОМПЕНСАТОРОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Компенсаторы, как было указано, способны измерять на­пряжение или э. д. с.; косвенным образом с их помощью мож­но измерять и ряд других электрических величин, таких, как ток, сопротивление, мощность, связанных с напряжением оп­ределенной зависимостью.

Как приборы высокой точности, компенсаторы используют­ся в измерительной технике в основном, для поверки измери­тельных приборов непосредственной оценки — амперметров, вольтметров, ваттметров. Целью поверки является нахождение основной погрешности прибора и установление степени его со­ответствия классу точности, указанному на шкале этого при­бора.

Кроме того, во многих случаях при лабораторных исследо­ваниях, технических и промышленных измерениях также поль­зуются компенсационными схемами (либо для достижения вы­сокой точности измерений, либо для выполнения измерения без отбора тока от объекта измерения).

Ниже приведены схемы измерения основных электриче­ских величин.

Схема для измерения напряжения и э. д. с.

Измеряемое напряжение U_x подводится к зажимам I—3, делителя напряжения (рис. VI-26). Поскольку величина U_x мо­жет меняться в больших пределах, достигая сотен и даже ты­сяч вольт, а компенсатор непосредственно способен измерять напряжение порядка (1ч2) в, между компенсатором и изме­ряемым напряжением включают делитель напряжения.

На рисунке приведена схема делителя напряжения типа ДН-1, выпускаемого специально для компенсаторов. Измеряе­мое напряжение, на которое включен поверяемый вольтметр, целиком подводят к делителю напряжения, а к компенсато­ру—только часть этого напряжения. Напряжения; подводимое к делителю, U_x, и снимаемое с делителя к ком­пенсатору, U_x , связаны между собой зависимостью:

где R—максимальное сопротивление делителя;

r—сопротивление, с которого снимается напряжение U_x‘.

В делителе ДН-1 сделаны отводы, позволяющие снимать к компенсатору точно 1/10, 1/100, 1/500 часть подведенного на­пряжения.

Схема для измерения тока

Измеряемый ток, который проходит по поверяемому ампер­метру (в случае его поверки), пропускается через образцовое сопротивление Ко, значение которого известно с достаточной степенью точности (рис. VI-27).

Напряжение, возникающее на известном сопротивлении от измеряемого тока, подается на компенсатор, где измеряется обычным путем.

Значение тока, измеренное компенсатором, рассчитывает­ся по формуле

где U _к— показание компенсатора

Образцовые сопротивления, представляют собой сопротивления высокого класса точ­ности и всегда имеют номинальные значения вида 1-10″, где п— целое число.

Как правило, они имеют четыре зажима: два токовых и два потенциальных. Токовыми зажимами образцовое сопротивле­ние включается в токовую цепь, а с потенциальных снимается напряжение к компенсатору.

Для увеличения точности измерения rq выбирают таким, чтобы падение напряжения на нем от измеряемого тока было не менее 10% значения верхнего предела измерения данного компенсатора; при этом будут использованы все декады мага­зина R компенсатора.

Схема для измерения сопротивлений

Измеряемое сопротивление R_x включается чаще всего пос­ледовательно с образцовым сопротивлением R0. Падения на­пряжений, создаваемые на этих сопротивлениях, U_х и U_Q, из­меряются компенсатором (рис. VI-28).

Для последовательной схемы, где сопротивления обтекают­ся одним и тем же током, будет справедливо соотношение

Схема для измерения мощности и поверки ваттметров

На рис. VI-29 изображена схема, которая применяется при измерении мощности и, в частности, при градуировке и повер­ке ваттметров.

С помощью переключателя П компенсатор присоединяется попеременно то в цепь напряжения ваттметра, то в цепь его тока.

Вначале, при положении 1 переключателя П, с помощью компенсатора устанавливается номинальное ‘напряжение ватт­метра, которое в дальнейшем поддерживается постоянным и периодически проверяется опять-таки на компенсаторе. Затем переключатель Я ставят в положение 2 и, регулируя реостатом /?_рег ток в последовательной цепи ваттметра, устанавливают стрелку прибора на оцифрованных отметках шкалы, измеряя силу тока.

Для каждой отметки определяется значение мощности как произведение тока ,на напряжение, и результат расчета сверя­ется с показанием прибора. Разность между показанием при­бора и результатом измерения мощности на компенсаторе даст основную погрешность ваттметра для каждого поверенного деления шкалы.

КОМПЕНСАТОРЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Компенсаторы переменного тока — это приборы, измеряю­щие на переменном токе напряжения и некоторые другие электрические величины, связанные с напряжением функцио­нальной зависимостью (ток, сопротивление, мощность и др.). Как известно, напряжение на переменном токе можно пред­ставить как комплексную величину и изобразить в виде век­тора, занимающего определенное положение на комплексной плоскости (рис. VI-30),

Компенсационный метод из­мерения на переменном токе, так же как и на постоянном, за­ключается в уравновешива­нии неизвестного напряжения известным. Для того, чтобы скомпенсировать на перемен­ном токе напряжение. U_x, необ­ходимо и достаточно прило­жить к нему другое напряже­ние U_к, равное по амплитуде, форме кривой и частоте, но сдвинутое по фазе относитель­но U_r на 180°.

компенсаторы переменного тока значительно менее точны, чем компенсаторы постоянного тока. Причиной тому служит отсутствие образцовой переменной синусоидальной э. д. с., с помощью которой можно было бы установить рабочий ток в компенсаторе, как это делается на постоянном токе. В ком­пенсаторах переменного тока величина рабочего тока устанав­ливается по амперметру обычно электродинамической систе­мы, класс точности которого в наилучшем случае 0,1—0,2.

Таким образом, высокая точность измерения, свойственная компенсаторам постоянного тока, на переменном токе теряет­ся. Несмотря на это, компенсатор переменного тока — один из важнейших приборов, позволяющий судить не только о вели­чине измеряемого напряжения, но и о его фазе.

Кроме того, в момент измерения компенсатор не потребля­ет мощности от источника измеряемой величины и, следова­тельно, не оказывает влияния на работу схемы, что тоже яв­ляется его ценным качеством.

В уравнении (VI-46) представлены две формы записи ком­плексного напряжения UX. алгебраическая— с двумя составляющими UXA и UXP и показательная—с модулем U_x и фа­зой φx- измеряемой величины. Если напряжение U_x предста­вить в алгебраической форме, то для компенсации его необхо­димо скомпенсировать порознь активную и реактивную со­ставляющие.

Если же напряжение U_х характеризовать модулем и фа­зой, то для компенсации его нужно скомпенсировать модуль и фазу величины. В соответствии с этим различают две группы компенсаторов:

а) полярно-координатные с отсчетом измеряемого напря­жения 1в полярных координатах;

б) прямоугольно-координатные с отсчетом действительной и мнимой составляющих напряжения по действительной и мни­мой осям.

Рассмотрим схему и принцип действия прямоугольно-коор­динатного компенсатора, изображенного на рис. VI-31.

Компенсатор состоит из двух контуров: / и //. Напряжение источника питания схемы U, связанное с первым контуром че­рез трансформатор, вызывает в этом контуре ток I1, величину которого можно регулировать реостатом R_рег и измерять ам­перметром.

Проходя по реохорду А—В, представляющему собой чисто активное сопротивление, ток 1\ создает на нем падение напря­жения U_KA совпадающее по фазе с током.

Контур 1 связан с контуром 2 через воздушный трансфор­матор М (катушку взаимной индуктивности без стального сер­дечника).

При протекании тока I1 через первичную обмотку катушки М в ней возникает магнитный поток ф, находящийся в фазе с током I1 который вызовет появление во .вторичной обмотке э д. с Е2 отстающей от потока ф на 90°.

Если пренебречь индуктивным сопротивлением вторичной обмотки воздушного трансформатора, то можно считать, что ток второго контура I₂ совладает по фазе с э. д. с. Е₂, а напря­жение U_кр на реохорде А—В, представляющем собой чисто активное сопротивление, совпадает по фазе с током I2.

Таким образом, в схеме создаются условия, при которых токи I1 и I2, а также напряжения, снимаемые с реохордов А—В и А’—В’, сдвинуты на угол 90° одно по отношению к другому.

Векторная диаграмма компенсатора приведена на рис. VI-32. Как видно из рис. VI-31, середины реохордов А—В и А’—В’ электрически соединены, образуя нулевую точку схемы.

Измеряемое напряжение UX=UXA+jU_xp подводится к зажимам /—2 и далее, че­рез вибрационный гальвано­метр, к движкам Д и Д₂.

Компенсирующее напряжение UX=UKA+ fU_Kp, равное геометрической сумме напряжений U_ha и U_Kp, возникающих па реохордах, снимается с движков Д\ и Д₂. Напряжение U_Ka. которое создается на реохорде первого контура, называют ак­тивной составляющей компенсирующего напряжения, а на­пряжение U_KP на реохорде второго контура — его реактивной составляющей.

Меняя положение движков Д и Д₂, можно получить ком­пенсирующее напряжение в любом из четырех квадрантов комплексной плоскости.

В момент компенсации вибрационный гальванометр, вклю­ченный последовательно в цепь напряжений L\ и и_ы, пока­жет отсутствие тока. Величины U_ка и U_hp, имеющие место в момент компенсации схемы, отсчитываются непосредственно по шкалам реохордов А—В и А’—В’.

Модуль измеряемого напряжения будет равен

1.Э.Г. Атамалян Приборы и методы измерения электрических величин

2.М.А.Быков, Е.М.Лебедева, Т.Б.Липеровская. Электрические измерения электрических величин

3.Д.Ф.Тартаковский, А.С.Ястребов, Метрология, стандартизация и технические средства измерений

2. Применение компенсаторов постоянного тока……………………8

3. Схема для измерения напряжения и э. д. с…………………………9

4. Схема для измерения тока…………………………………………9

5. Схема для измерения сопротивлений…………………………10

6. Схема для измерения мощности и поверки ваттметров………. 10

7. Компенсаторы переменного тока……………………………….11

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

АКАДЕМИЯ КОМПЛЕКСНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПРЕДПРИНИМАТЕЛЬСТВА

Источник