Измерительные схемы: общие сведения, компенсационная схема

Реферат

Компенсационный метод (метод противопоставления) измерения заключается в уравновешивании, осуществляемом включением на индикатор равновесия либо двух электрически 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. 10); б) электрических токов (рис. 11).

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 Rк 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 1,1 865 В при температуре 20 °C, 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 — 0,4 (t — 20) — 0,1 (t ~ 20)2 , (7.3).

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

6 стр., 2966 слов

Измерение тока и напряжения. Понятие о технических регламентах. ...

... измерения напряжения и силы тока применяются три разновидности метода сравнения: нулевой, дифференциальный и за­мещения. В соответствии с этим приборы для из­мерения напряжения и силы тока можно раз­делить на ... измерительного преобразователя основан на двух физических явлениях: выде­лении тепла при прохождении по проводни­ку электрического тока и появлении ЭДС по­стоянного тока при нагревании места ...

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 K и образцовоеR H сопротивления. К зажимам НЭ подключают нормальный элемент, ЭДС которого Eнэ , 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 Eвсп (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 (11) 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 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. Eнэ = IR n .

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

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. 13) и шунтирующими декадами (рис. 14).

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 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.

4 стр., 1503 слов

Мост постоянного тока

... для измерения малых сопротивлений применяют двойные мосты постоянного тока. Чувствительность двойного моста зависит от чувствительности нулевого указателя, параметров мостовой схемы и значения рабочего тока. С увеличением рабочего тока чувствительность увеличивается. мост постоянный ток погрешность Список использованных ...

Компенсирующее напряжение можно определить так:

UK=mUA + Nuб, 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 Eвсп — const.

В зависимости от значения сопротивления рабочей цепи различают компенсаторы постоянного тока большого сопротивления (высокоомные 10−40 кОм, ток рабочей цепи 10~ 3 — 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~s -10 ~* а и сопротивление этой цепи 10 000−40 000 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 ~1 -10~3 а.

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.

14 стр., 6588 слов

Измерение параметров электрических цепей

... измерения напряжения и тока, а также мощности в цепях переменного тока. Комбинированные переносные приборы для измерения в цепях постоянного и переменного токов обеспечивают измерение постоянных и переменных токов и сопротивлений, ... килоамперах в соответствии с пределами измерения прибора. В электрическую цепь амперметр включается последовательно с тем участком электрической цепи (рис.2) , силу тока ...

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 [24, https:// ].

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 измеряемым и образцовым напряжением при их неполной компенсации. Схема измерения представлена на рис. 15. 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/