одинаково освещает фотосопротивления, в результате ток Iк = 0. При подаче
на вход измерителя напряжения Ux в цепи гальванометра G появляется ток Iг,
подвижная часть гальванометра поворачивается на некоторый угол и происходит
перераспределение освещенности фоторезисторов и изменение их сопротивлений.
[pic]
Рис. 7.8
Согласно схеме включения фоторезисторов и полярности Uх сопротивление
фоторезистора ФR1 уменьшится, а ФR2 увеличится. Через резистор RK потечет
ток Iк, создавая на RK компенсирующее напряжение UK, почти равное
измеряемому напряжению Ux. Значение тока Iк автоматически изменяется в
зависимости от изменения измеряемого напряжения Ux, но всегда так, что
выполняется условие Ux ~ UK обеспечиваемое за счет небольших изменений тока
Iг в цепи гальванометра:
Iг -= (Ux – UK)/(Rr + RK) = ?U/(Rr + RK). (7.8)
Чем чувствительнее гальванометр, тем при меньших изменениях IГ
произойдет соответствующее изменение тока Iк, нужное для выполнения условия
UK ?UX.
Повышение чувствительности достигается благодаря применению специальной
конструкции гальванометра, что обеспечивает при токах порядка 10~10— 10~14
А максимальный угол поворота подвижной части.
Значение компенсирующего тока Iк 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 (1016—1017 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.
[pic]
Рис. 7,9, Схема электрометрического компенсатора
К подвижной обкладке прикреплено миниатюрное зеркальце. На неподвижные
обкладки подается напряжение возбуждения UВ, что позволяет повысить
чувствительность и возможность установки нуля показаний электрическим путем
(при замкнутых зажимах Ux
посредством переменного резистора R0).
Принцип работы электрометрического компенсатора аналогичен работе
гальванометрического компенсатора.
При подключении измеряемого напряжения Ux подвижная часть электрометра
Э повернется на некоторый угол, что приведет к перераспределению световых
потоков, освещающих фоторезисторы ФRl
и ФR2 к появлению тока компенсации Iк и
соответственно напряжения UК, уравновешивающего измеряемое
напряжение Ux. Подвижная часть электрометра будет отклоняться
до тех пор, пока не наступит равенство напряжений Ux = UK. Так как
сопротивление резистора обратной связи RK может быть незначительным, то ток
Iк может быть сравнительно большим и измеряться микроамперметром. Входной
ток компенсатора определяется токами утечки, поэтому он мал, а
следовательно, входное сопротивление велико (1016 — 1017 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 Ux подводится к зажимам I—3, делителя напряжения
(рис. VI-26). Поскольку величина Ux 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, Ux, и снимаемое с делителя к компенсатору, Ux , связаны
между собой зависимостью:
[pic]
где R—максимальное сопротивление делителя;
r—сопротивление, с которого снимается напряжение Ux'.
[pic]
Рис. VI-26
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
IX=UK/R0
где U к— показание компенсатора
[pic]
.
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 Rx включается чаще всего последовательно с
образцовым сопротивлением R0. Падения напряжений, создаваемые на этих
сопротивлениях, Uх и UQ, измеряются компенсатором (рис. VI-28).
[pic]
Рис. VI-28
Для последовательной схемы, где сопротивления обтекаются одним и тем же
током, будет справедливо соотношение
[pic]
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.
[pic]
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),
[pic]
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.
Ux, необходимо и достаточно приложить к нему другое напряжение Uк, равное
по амплитуде, форме кривой и частоте, но сдвинутое по фазе относительно Ur
на 180°.
[pic]
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 Ux и фазой ?x- измеряемой величины. Если напряжение
Ux представить в алгебраической форме, то для компенсации его необходимо
скомпенсировать порознь активную и реактивную составляющие.
Если же напряжение Uх 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.
[pic]
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 Rрег и
измерять амперметром.
Проходя по реохорду А—В, представляющему собой чисто активное
сопротивление, ток 1\ создает на нем падение напряжения UKA 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 Uкр 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+jUxp подводится к зажимам /—2 и далее,
через вибрационный гальванометр, к движкам Д и Д2.
Компенсирующее напряжение UX=UKA+ fUKp, равное геометрической сумме
напряжений Uha и UKp, возникающих па реохордах, снимается с движков Д\ и
Д2. Напряжение UKa. которое создается на реохорде первого контура, называют
активной составляющей компенсирующего напряжения, а напряжение UKP на
реохорде второго контура -- его реактивной составляющей.
[pic]
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 иы, покажет отсутствие тока.
Величины Uка и Uhp, имеющие место в момент компенсации схемы, отсчитываются
непосредственно по шкалам реохордов А—В и А'—В'.
Модуль измеряемого напряжения будет равен
[pic]
Страницы: 1, 2
