книги из ГПНТБ / Быков М.А. Электрические измерения электрических величин [учеб. пособие]

Недостатком этой конструкции является невысокая точ­ ность отсчета величины сопротивления, не превышающая при­ мерно 0,1 %.

Рассмотренная схема применяется обычно в технических компенсаторах, например, в компенсаторе типа ПП.

Рис. ѴІ-23

На рис. VI-24 приведена одна из схем сопротивления, при­ меняющаяся в высокоомных компенсаторах (см. ниже) и по­ лучившая название «схемы с замещающими дакадами». Не­ сколько декад магазина сопротивлений (например, декад ты­ сяч, сотен, десятков и единиц ом), включенных между собой последовательно, образуют переменное сопротивление, с кото­

Второй магазин сопротивлений с декадами того же порядка, изображенный на рисунке в нижнем ряду, электрически вклю­ чен последовательно с первым магазином, а конструктивно расположен так, что рычаги одноименных декад механически сзязаны (но электрически изолированы) между собой. Декады нижнего ряда включены ,в схему таким образом, чтобы при уменьшении, например, сопротивления декады / на столько же увеличилось сопротивление одноименной декады 1' и так же во всех остальных декадах. Рабочий ток компенсатора протекает последовательно по обоим магазинам и остается постоянным независимо от положения рычагов, тан ка;к уменьшению со­ противления одного магазина соответствует равное ему уве­

сятых и сотых долей ома (в лабораторных компенсаторах), позволяет обеспечить достаточно плавное изменение компен­ сирующего напряжения в большом диапазоне величин. Рас­ смотренная схема положена в основу выпускаемого серийно высокоомного компенсатора типа ППТВ-1.

В малоомных лабораторных компенсаторах нашла приме­ нение схема Уманцева, построенная на принципе суперпози­ ции (наложения) токов, где несколько последних знаков от-

240

Рис. VI-24

счета компенсирующего напряжения удается получить с по­ мощью одного декадного магазина, как это показано на ріис. ѴІ-25.

и /, между которыми включены десять одинаковых по величи­

каждый из которых образует на этих сопротивлениях свое па­ дение напряжения. Результирующее напряжение, снимаемое с этих сопротивлений, или компенсирующее напряжение С7е/, бу­ дет равно сумме падений напряжения от каждого тока. Если

Схемы компенсаторов делятся на две большие группы: вы­ сокоомные и низкоомные. Высокоомные компенсаторы при­ меняются для измерений в выеокоомных цепях, где из-за ус­ ловий успокоения гальванометра и согласования его сопротив­ ления с сопротивлением схемы применяют высокоомные галь­ ванометры, а потому целесообразно иметь высокоомный и цепь самого компенсатора. Низкоомные компенсаторы применяют­ ся в противоположных условиях. Высокоомные компенсаторы рассчитываются на измерение напряжений порядка 1—2,5 в, имеют рабочий ток в главной рабочей цепи Ю - 3 — 1 0 ~ 4 а и со­ противление этой цепи 10 000—40 000 ом.

Низкоомные компенсаторы рассчитаны на измерение на­ пряжений менее 100 мв, сопротивление главной рабочей цепи их имеет величину от десятков до 2000 ом и ток в главной ра­ бочей цепи Ю - 1 — Ю - 3 Я.

Как высокоомные, так и низкоомные компенсаторы пред­ назначены для поверки измерительных приборов и мер (шун­ тов, делителей, измерительных катушек, нормальных элемен­ тов и пр.), а также для выполнения всякого рода рабочих из­ мерений.

Компенсационный метод относится к наиболее точным сре­ ди методов и приборов, предназначенных для измерения на­ пряжений: погрешность его может иметь порядок 0,01% и да­ же 0,001|%.

В компенсаторе постоянного тока, как и в любом другом приборе, построенном на косвенном методе измерения, резуль­ тирующая погрешность измерения (абсолютная или относи­ тельная) является функцией частных погрешностей, вносимых каждым элементом схемы. В компенсаторе к таким элементам относятся нормальный элемент, гальванометр, сопротивления /?н и R—чем точнее выполнены эти элементы, тем точнее ре­ зультат 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 неиз­ вестного напряжения или э. д. с.

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

Переменной величиной в формуле является сопротивление Ri,c, которое в процессе работы может принимать разные зна-

242

Компенсаторы, как было указано, опособны измерять на­ пряжение или ѳ. д. с ; косвенным образом с их помощью мож­ но измерять и ряд других электрических величин, таких, как

вольтметров, ваттметров. Целью поверки является нахождение основной погрешности прибора и установление степени его со­ ответствия классу точности, указанному на шкале этого при­ бора.

Кроме того, во многих случаях при лабораторных исследо­ ваниях, технических и промышленных измерениях также поль­ зуются компенсационными схемами (либо для достижения вы­

жет меняться в больших пределах, достигая сотен и даже ты­ сяч вольт, а компенсатор непосредственно способен измерять напряжение порядка (l-f-2) в, между компенсатором и изме­ ряемым напряжением включают делитель напряжения.

На рисунке приведена схема делителя напряжения типа ДН-1, выпускаемого специально для компенсаторов. Измеряе­ мое напряжение, на которое включен поверяемый вольтметр, целиком подводят к делителю напряжения, а к компенсато­ ру—только часть этого напряжения. Напряжения;

подводимое к делителю, Vх , и снимаемое с делителя к ком­ пенсатору, Ux', связаны между собой зависимостью:

Könne и сатор

Рнс . ѵ і-26

Вделителе ДН-1 сделаны отводы, позволяющие снимать к компенсатору точно 1/10, 1/100, 1/500 часть подведенного на­ пряжения.

С х е м а д л я и з м е р е н и я т о к а

Измеряемый ток, который проходит по поверяемому ампер­ метру (в случае его поверки), пропускается через образцовое сопротивление R0, значение которого известно с достаточной степенью точности (рис. ѴІ-27).

Ф~ < 7 ь

7В а ,

КОппенсатор

1'ис ѴІ-27

244

Напряжение, возникающее на известном сопротивлении от

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

Для увеличения точности измерения Ro 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 мага­ зина R компенсатора.

С х е м а д л я и з м е р е н и я с о п р о т и в л е н и й

Измеряемое сопротивление Rx включается чаще всего пос­ ледовательно с образцовым сопротивлением ^о- Падения на­ пряжений, создаваемые на этих сопротивлениях, Uх и U0, из­ меряются компенсатором (рис. ѴІ-28).

Рис. ѴІ-28

245

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

На рис. ѴІ-29 изображена схема, которая применяется при измерении мощности и, в частности, при градуировке и повер­ ке ваттметров.

Рис. ѴІ-29

Спомощью переключателя П компенсатор присоединяется попеременно то в цепь напряжения ваттметра, го в цепь его тока.

Вначале, при положении 1 переключателя П, с помощью компенсатора устанавливается номинальное напряжение ватт­ метра, которое в дальнейшем поддерживается постоянным и периодически проверяется опять-таки на компенсаторе. Затем переключатель П ставят в положение 2 и, регулируя реостатом

/?р е г 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 сверя­ ется с показанием прибора. Разность между показанием при­ бора и результатом измерения мощности на компенсаторе даст основную погрешность ваттметра для каждого поверенного деления шкалы.

246

§ 4. КОМПЕНСАТОРЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Компенсаторы переменного тока — это приборы, измеряю­ щие на переменном токе напряжения и некоторые другие электрические величины, связанные с напряжением функцио­

Компенсационный метод из­ мерения на переменном токе, так же как и на постоянном, за­ ключается в уравновешива­ нии неизвестного напряжения известным. Для того, чтобы скомпенсировать на перемен­ ном токе напряжение Ux, необ­

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 ком­ пенсаторах переменного тока величина рабочего тока устанав­ ливается по амперметру обычно электродинамической систе­ мы, класс точности которого в наилучшем случае 0,1—0,2.

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

Кроме того, в момент измерения компенсатор не потребля­ ет мощности от источника измеряемой величины и, следова­ тельно, не оказывает влияния на работу схемы, что тоже яв­ ляется его ценным качеством.

В уравнении (VI-46) представлены две формы записи ком­ плексного напряжения Üх : алгебраическая — с двумя состав-

247

вить в алгебраической форме, то для компенсации его необхо­ димо скомпенсировать порознь активную и реактивную со­ ставляющие.

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

а) полярно-координатные с отсчетом измеряемого напря­ жения в полярных координатах;

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

Компенсаторы первой группы в настоящее время ни в

СССР, ни ів большинстве других стран не выпускаются вслед­ ствие 'Сложности изготовления и невысокой точности.

Рассмотрим схему и принцип действия прямоугольно-коор­ динатного компенсатора, изображенного на рис. ѴІ-31.

Рис. ѴІ-31

Компенсатор состоит из двух контуров: / и II. Напряжение источника иитания схемы U, связанное с первым контуром че­ рез трансформатор, вызывает в этом контуре ток I i , величину которого можно регулировать реостатом / ? р е г и измерять ам­ перметром.

Проходя по іреохорду А — В , представляющему собой чисто активное сопротивление, ток Ii создает на нем падение напря­ жения ик(1, совпадающее по фазе с током.

248

Контур / связан с контуром II через воздушный трансфор­ матор M (катушку взаимной 'Индуктивности без стального сер­ дечника).

При протекании тока І\ через первичную обмотку катушки M в ней возникает магнитный поток Ф, находящийся в фазе с током /,, который ввізовет 'появление во вторичной обмотке э. д. с. Е?, отстающей от потока ф на 90°.

Если пренебречь индуктивным сопротивлением вторичной обмотки воздушного трансформатора, то можно считать, что ток второго контура / 2 совладает по фазе с э. д. с. Е2, а напря­ жение UKp на реохорде А—В, представляющем собой чисто активное сопротивление, совпадает по фазе с током /2 .

Модуль измеряемого напряжения будет равен

Ux=VU%a+U% кр-

249