Обзор развития, современное состояние и значение метрологии
Методическое пособие - Разное
Другие методички по предмету Разное
й, а также отсутствие потребления мощности от исследуемого объекта позволяют создавать на основе компенсаторов одни из наиболее высокоточных электроизмерительных приборов и устройств.
Измерительные компенсаторы постоянного тока обычно подразделяют на компенсаторы большого и малого сопротивления.
Компенсаторы большого сопротивления предназначены для измерения ЭДС с верхним пределом 1,2…2,5 В. Сопротивление рабочей цепи в них достигает 10 кОм на 1 В напряжения питания. Соответственно компенсаторы малого сопротивления используются для измерения малых ЭДС (например, ЭДС термопар). Рабочий ток этих компенсаторов выбирают в пределах от 1 до 25 мА.
Высокую точность компенсаторов постоянного тока характеризует основная допускаемая погрешность прибора типа РЗЗ2 DU=(5Ux+0,01)10-6 B. Верхний же предел измерений этого прибора составляет 2,1211111 В.
Как и в случае с мостовыми схемами компенсаторы различных схемотехнических решений называют по имени изобретателя (первого исследователя). Например, из компенсаторов постоянного тока наиболее известны компенсатор Линдека-Роте (основан на измерении тока) и компенсатор Поггендорфа (основан на потенциометрическом принципе), принципиальные схемы которых приведены соответственно на рис. 6.3 и 6.4.
На схеме компенсатора Линдека-Роте (рис. 6.3):
Ux - измеряемое напряжение;
RN - образцовое сопротивление;
R1 - регулировочное сопротивление.
Нулевое показание гальванометра, который используется в качестве нуль-индикатора, свидетельствует о достижении компенсации. при этом Ux=I1RN. Поскольку RN=соnst, то значение I1 является мерой искомого напряжения (ЭДС): Ux~I1.
Для компенсатора Поггендорфа (рис. 6.4) существует определенная методика измерения Ux: сначала устанавливается значение рабочего тока I1 (переключатель - в положении 1) и переменным резистором R1 изменяют ток до полного его отсутствия в гальванометре G, что возможно при
ЕN = I1 RN.
Рисунок 6.3 - Схема компенсатора Линдека-Роте
Рисунок 6.4 - Схема компенсатора Поггендорфа
Затем в режиме измерения переключатель переводится в положение 2, движок реостата Rk перемещают до отсутствия тока в G. Если Rk обеспечивает нулевое показание гальванометра, то
=I1Rk=Rk EN/RN
В зависимости от значения сопротивления рабочей цепи различают компенсаторы постоянного тока большого сопротивления (высокоомные 10-40 кОм, ток рабочей цепи 10-3-10-4А, порядок измеряемого напряжения 1-2,5 В, погрешность измерения 0,02% измеряемой величины) и малого сопротивления (низкоомные 10-1000 Ом; ток рабочей цепи 10-1-10-3А, порядок измеряемого напряжения до 100 мВ, погрешность измерения 0,5% измеряемого значения).
Высокоомные компенсаторы используют для поверки магнитоэлектрических, электродинамических вольтметров. Для расширения пределов измерения напряжения в компенсаторах применяют высокоомные резисторные делители напряжения, позволяющие уменьшать измеряемое напряжение в п раз (10, 100, 1000) до значения, близкого к верхнему пределу измерения компенсатора. При использовании делителя напряжения от объекта измерения потребляется некоторая мощность, т. е. теряется одно из основных преимуществ компенсационного метода.
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 измеряемым и известным напряжениями при их неполной компенсации. Схема измерения представлена на рис. 6.5. Высокоомный электронный вольтметр V1 с чувствительным пределом служит для измерения разностного напряжения между измеряемым Uх и известным UK напряжениями. Магнитоэлектрический аналоговый или цифровой вольтметр V2 используется для измерения напряжения UK. Рекомендуется при UK = 0 измерить вольтметром V1 ориентировочное значение Ux, а уж затем установить по вольтметру V2 удобное для отсчета напряжение UK. Измеряемое напряжение Ux при указанной полярности включения вольтметра Vx определяется как Ux = UK + AU.
Рисунок 6.5 - Дифференциальный метод измерения напряжения
Дифференциальный метод обеспечивает высокую точность измерения напряжения. Погрешность измерения определяется в основном погрешностью вольтметра, измеряющего UK.
Для измерения малых постоянных напряжений (порядка 10-8 В) используют гальванометрические компенсаторы. Гальванометрический компенсатор имеет высокую чувствительность при высоком входном сопротивлении.
Прямое измерение постоянного тока. Амперметр включается последовательно в разрыв исследуемой цепи.
Последовательное включение амперметра с внутренним сопротивлением RA в цепь с источником ЭДС Е и сопротивлением R (сопротивление нагрузки и источника) приводит к возрастанию общего сопротивления и уменьшению протекающего в цепи тока. Погрешность измерения тем меньше, чем меньше мощность потребления амперметра РА по сравнению с мощностью потребления цепи Р, в которой осуществляется измерение. Поэтому амперметр, включаемый последовательно в цепь измерения, должен обладать малым сопротивлением, т. е. RA - 0.
Диапазон значений постоянных токов, с измерением которых приходится встречаться в различных областях техники, чрезвычайно велик (от токов 110-17 А до десятков и сотен тысяч ампер). Поэтому методы и с