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

это схематически .показано на рис. II-8, б. Между каждыми дву­ мя контактными колодками в области разделяющей их щели просверлено общее для обеих колодок конусное отверстие. Если в это отверстие вставить также и конусный контактный штепсель, то сопротивление магазина,.находящееся между эти­ ми контактными колодками, окажется замкнутым накоротко. Таким образом, при вставленных во все контактные гнезда магазина штепселях его сопротивление равно нулю, а при выни­ мании того или иного штепселя из его гнезда в цепь магазина вводится соответствующее сопротивление. С помощью указан­ ных четырех сопротивлений в каждой группе их (для соответ­

чае на каждый порядок значений в магазине имеется 11 сопро­ тивлений разных величин (от 0 до 10-10" ом) и при установке

При хорошем механическом выполнении конусных штеп­ сельных контактов они имеют в несколько раз меньшее и бо­ лее стабильное (приблизительно до 0,0001 ом) значение пере­ ходного сопротивления, чем щеточные контакты рычажных ма­ газинов, и позволяют создавать более точные магазины (в осо­ бенности малоомные). Однако в применении они значительно менее удобны, чем рычажные магазины: для перехода от одно-

40

го значения сопротивления к другому в штепсельном магази­ не первой разновидности надо вынуть ряд штепселей, вставить несколько других; в этот промежуток времени сопротивление магазина будет принимать какие-то совсем иные зна­ чения. Отсчет суммарного значения сопротивления магазина определяется суммированием отдельных значений сопротивле­

при этом трудно обеспечить достаточно высокое сопротивле­

изоляционной панели магазина. Правда, все эти зажимы рас­ положены на панели в определенном геометрическом порядке, дающем возможность, например, с помощью прилагаемых к магазину соединительных перемычек соединять в общую по­ следовательную цепь желаемое число отдельных сопротивле­ ний. При этом зажимы отдельных сопротивлений могут быть расставлены на значительных расстояниях друг от друга, чем обеспечиваются необходимые высокие значения сопро-

41

тивления изоляции между ними. Применение таких магазинов, конечно, значительно менее удобно, чем рычажных или даже штепсельных.

Электрическая схема магазинов типа МСВ с вилочным переключающим устройством практически та же, что и у ры­ чажных магазинов, с тем только различием, что вместо непод­ вижных контактов переключателя рычажного магазина, распо­ ложенных на полуокружности, в магазинах типа МСВ устрое­ ны металлические цилиндрические гнезда, расположенные по окружности на изоляционной панели магазина, на значитель­ ном расстоянии друг от друга. В центре этой окружности рас­ положено еще одно такое же гнездо, включенное в схему ма­ газина так же, как подвижный контакт в схеме рычажного ма­ газина (см. рис. II-7). Изменения сопротивления в таком ма­ газине осуществляются с помощью специальной штепсельной вилки, два штепсельных штыря которой соединены друг с дру­ гом накоротко: один из штырей этой вилки всегда вставляют в центральное гнездо переключателя, а другой — в то из гнезд, расположенных по окружности, которое соответствует вклю­ чению в цепь магазина нужного числа сопротивлений данной декады. Процесс переключения в этом случае менее удобен, чем в случае рычажного магазина, и при нем неизбежны раз­ рывы цепи магазина; считывание значения установленного сопротивления почти столь же просто, как и в рычажном ма­ газине.

Что касается самих сопротивлений магазинов сопротивле­ ний, то принципы их конструирования и технологии изготовле­ ния те же самые, что и в случае измерительных катушек со­ противления, но только осуществляются обычно с несколько меньшей тщательностью, поскольку уровни точности магази­ нов сопротивления ниже, чем у измерительных катушек.

Значительно более сложной является задача создания без­ реактивных магазинов сопротивлений, чем измерительных ка­

ях, когда в -магазине имеются как малоомные, так и многоомные сопротивления. Трудности при этом заключаются не в из­ готовлении безреактивных сопротивлений для таких магази­ нов, а в способе монтажа его внутренней электрической цепи. Когда в эту цепь введены только малые сопротивления, ее мон­ таж (включая конструкцию переключателей и выводных зажимов) должен быть выполнен бифилярно, для предельного снижения индуктивности цепи, значительная емкость в ней была бы безвредна. При введении в эту же цепь много- омпых сопротивлений надо иметь минимальную емкость цепи, а ее индуктивность, даже значительная, была бы безвредна. Поэтому для этого случая монтаж цепи магазина должен быть выполнен совсем иначе, чем в предыдущем случае: прямой и

42

обратный проводники цѳпи должны быть предельно удалены один от другого. Фактически эта задача решается двумя ме­ тодами. Первый метод — компромиссный: цепь магазина вы­ полняют не строго бифилярной, но и не с большой индуктив­ ностью. При этом магазин имеет малую постоянную времени при средних значениях сопротивления, но значительные поло­ жительные постоянные времени при малых значениях сопро­

с малоомными, выполняется уже не бифилярно, и от всей цепи магазина делается вывод на другую пару зажимов обыкновен­ ной конструкции. При применении магазина при значениях со­ противления до<~ 100 ом пользуются «бифилярньгми» зажима­ ми, магазин имеет малые постоянные времени; при больших значениях сопротивления используют обыкновенные зажимы магазина и все его декады (включая и малоомные декады для возможности тонкого и точного изменения больших значе­

лений 7 классов точности: 0,01, 0,02, 0,05, 0,1, 0,2, 0,5 и 1,0. В случае одно-, двух- и трехдекадных магазинов первых трех классов точности и одно- и двухдекадных магазинов более грубыіх классов точности число, обозначающее данный класс точности, выражает предельное допустимое значение (в про­ центах) основной погрешности любого значения сопротивле­ ния, набранного на этом магазине. В случае магазинов с боль­ шим числом декад при наборе на магазине относительно малых значений сопротивления (с использованием только малоом­ ных декад магазина) допустимая погрешность несколько уве­

43

Согласно ГОСТ 7003—64 значения сопротивления одной ступени магазина могут быть от 1 - Ю - 2 до 1 -101 0 ом. При этом значения от 1 • 106 ом и выше практически осуществимы и введены в этот ГОСТ только благодаря отечественной разра­ ботке микропровода.

§ 3. МЕРЫ ИНДУКТИВНОСТИ И ВЗАИМНОЙ ИНДУКТИВНОСТИ.

МАГАЗИНЫ

А. Измерительные катушки индуктивности и взаимной индуктивности

Измерительные катушки индуктивности представляют со­ бой обмотку из изолированного медного привода, укреплен­ ную на жестком изоляционном каркасе, на нем же укрепляют­

наматывается на каркас и обмотка пропитывается расплав­ ленным парафином, церезином или подобным веществом для достижения монолитности обмотки. Для изготовления обмот­ ки обычно применяется провод особой конструкции — много­ жильный, из нескольких десятков тонких, изолированных каж­ дый по отдельности проводничков, особым образом перевитых друг с другом (так, чтобы на определенном участке длины провода каждый из проводничков в одинаковой мере побывал как во внутренних слоях провода, так и во внешних). Такой провод, называемый литцендратом, применяется в катушках индуктивности для предельного снижения поверхностного эф­ фекта в них при применении на повышенных и высоких часто­ тах, способного вызвать изменение как их активного сопро­ тивления, так и индуктивного.

44

При выполнении катушки по рис. 11-10, при приблизитель­ ном соблюдении показанных па рисунке пропорций геометри­ ческих размеров, получают наибольшее значение постоянной

влияниям посторонних (переменных) магнитных полей и име­ ет значительную междувитковую емкость. Последнее приво­

но на 1,1% большее, чем при низкой частоте.

Для снижения влияния посторонних магнитных полей ка­ тушки индуктивности выполняют либо астатическими, либо тороидальными. При астатическом выполнении катушки ее обмотка состоит из двух (в простейшем случае) подобных друг другу поло'вин, расположенных рядом, с параллельным направ­ лением их геометрических осей, как показано на рис. 11-11. Эти две половины обмотки электрически соединены друг с дру­ гом последовательно, но так, что направления их магнитных потоков пространственно взаимно противоположны, и факти­ чески возникает общий «кольцевой» поток, пронизывающий обе половины о! бмотки.

Если такая катушка оказывается в зоне действия посторон­ него равномерного магнитного поля, то при увеличении вслед­ ствие этого результирующего потока сквозь одну половину об­ мотки результирующее, суммарное потокосцепление катушки, а вместе с ним и значение ее индуктивности останутся неиз­ менными, так как сквозь другую половину обмотки этот поток уменьшится на такую же величину. Однако значение постоян­ ной времени катушки % при такой конструкции получается меньшим, чем при конструкции по рис. 11-10. Наиболее полное астатирование достигается при тороидальном выполнении ка­ тушки с одновременным некоторым снижением ее междувит­ ковой емкости, но при этом постоянная времени получается в несколько раз меньшей, чем при конструкции по рис. 11-11.

45

ГОСТ на измерительные катушки индуктивности пока не существует. Фактически существующие отечественные и зару­

стимые погрешности (по соответствующим техническим усло­ виям и фирменным гарантиям) — от сотых до десятых долей процента.

Рис. 11-11

Конструкции измерительных катушек взаимной индуктив­ ности весьма сходны с конструкциями катушек индуктивности.

и находятся на общем каркасе, но пространственно отделены друг от друга на 10—15 мм; этим значительно снижается меж­ дуобмоточная емкость, вызывающая искажения напряжения во вторичной обмотке как по величине, так и по фазе, особен­

Астатичность выполнения катушек взаимной индуктивно­ сти имеет еще более важное значение, чем катушек индуктив­ ности, хотя принципы и способы ее достижения для обоих случаев аналогичны.

Б. Магазины индуктивностей и взаимных индуктивностей

Назначение магазинов индуктивностей и взаимных индук­ тивностей аналогично назначению магазинов сопротивлений. Во многом сходны и их конструктивные выполнения,

46

Магазины индуктивностей бывают по большей части ры­

или декад магазина. Эта аддитивность может быть нарушена при наличии взаимных индуктивностей между отдельными ка­ тушками индуктивности одной и той же декады, или разных декад штепсельного магазина индуктивностей, или разных де­ кад рычажного магазина. Для устранения взаимных индук­ тивностей между отдельными катушками магазина эти катуш­ ки обычно выполняют астатичными, чем уже значительно сни­ жают возможные индуктивные связи между ними; кроме того, при монтаже этих катушек внутри магазина их располагают друг относительно друга таким образом, чтобы остаточные ин­ дуктивные связи между ними были бы еще уменьшены: не очень близко друг к другу, и так, чтобы магнитный поток от одной катушки проходил бы в плоскости витков другой.

Во-вторых, почти во всех случаях в конструкциях магази­ нов индуктивностей (и рычажных, и штепсельных) предусмат­ ривается сохранение неизменным значения активного сопро­ тивления их цепи при изменениях значений их индуктивности. Это достигается усложнением схем их коммутации таким об­ разом, что при введении в цепь магазина тех или иных его ка­ тушек индуктивности одновременно из его цепи выводятся некоторые катушки сопротивления (безреактивные), значения сопротивления которых равны активным сопротивлениям вво­ димых катушек индуктивности. На рис. 11-12 показаны наибо­

тактов, этот же штепсель вставляют в обозначенное таким же образом гнездо в нижнем ряду контактов, чем замыкают на­ коротко подключенную к этому гнезду катушку сопротивления с тем же значением сопротивления, что и у введенной в цепь магазина катушки индуктивности 1 -10" гн. Тем самым сохра­ няется неизменным суммарное значение активного сопротив­

47

ключателя магазина сопротивлений (рис. ІІ-7) лишь тем, что последовательно с каждым из неподвижных контактов (кроме последнего) включено некоторое активное сопротивление. Так, последовательно с контактом 9 включено сопротивление R',a, равное активному сопротивлению Rio катушки индуктивности, включаемой в цепь магазина при переводе подвижного контак­ та из положения 9 в положение 10. Последовательно с контак­ том 8 включено сопротивление АѴ, равное активному сопротив­ лению Rio плюс активное сопротивление Rs катушки, включае­ мой в цепь при перемещении подвижного контакта из положе­ ния 8 в положение 9 и т. д. При перемещениях подвижного контакта переключателя происходят только соответствующие изменения индуктивности цепи магазина при сохранении не­ изменным значения ее активного сопротивления.

В ГОСТ 10770—64 «Магазины индуктивности и взаимной идуктивности измерительные» для магазинов индуктивностей

Для однодекадного магазина m принимается равным нулю.

Погрешность аддитивности допускается до 0,3 от указан­ ной выше допустимой основной погрешности. В мага­ зинах индуктивностей с неизменным активным сопротивле­ нием эта неизменность должна фактически соблюдаться: для

48

сов 0,5 и 1,0—до ± 2 % - ГОСТ нормируется также и минималь­ ное значение добротности магазина при максимальных значе­ ниях индуктивности магазина и рабочей частоты

цепи, хотя ГОСТ предусмотрен также и противоположный слу­ чай (коммутация только в первичной цепи).

При этом коммутация как штепсельных, так и рычажных магазинов взаимных индуктивностей в большинстве случаев осуществляется по одной и той же принципиальной схеме, по­ казанной на рис. 11-13, а, б. В отличие от магазинов индуктив­ ностей в магазинах взаимных индуктивностей о сохранении неизменным сопротивления цепи коммутируемой обмотки не заботятся, так как предполагается, что по сравнению с сопро­ тивлением внешней цепи, подсоединяемой к этой обмотке, ее собственное сопротивление вообще весьма мало.

б)

а)

%ЮпІН

Рис. 11-13

Астатическое выполнение обмоток в магазинах взаимных индуктивностей не менее важно, чем в магазинах индуктивно­ стей.

При применении мер взаимной индуктивности часто быва­ ет существенным не только точное соблюдение определенного абсолютного значения коэффициента взаимной индуктивности, но также и малое значение фазовой погрешности применяемой