Новые статьи

Как устроена и работает светодиодная люстра с дистанционным пультом: опыт ремонта своими руками
Как выбрать лампы освещения для дома
Как прозвонить электрическую цепь тестером, мультиметром

Метод измерения ЭДС с использованием компенсатора


Электрические измерения





В электрических измерениях широко распространен компенсационный метод измерения ЭДС, иначе он называется методом противопоставления. Суть его заключается во встречном включении двух источников ЭДС в одной двухконтурной цепи.

Один из источников является образцовым другой измеряемым. Общим звеном для обоих контуров является ветвь с «нуль-индикатором» (гальванометром).

”CхемаКомпенсатором (К) называется устройство для измерения неизвестной ЭДС или тока. Иначе такие устройства называются потенциометрами. На рис. 1 изображена схема компенсатора постоянного тока.

В схеме участвуют следующие элементы: En – источник нормированного напряжения, Евсп – вспомогательный источник ЭДС, G – магнитоэлектрический гальванометр, Rp – реостат, Rn – образцовый резистор, Rk – устройство регулируемого сопротивления.

Нахождение неизвестного ЭДС выполняется в следующем порядке:

1. Двухпозиционный переключатель П устанавливают в первое положение. Замыкается цепь а с образцовыми элементами En и Rn. С помощью реостата Rp добиваются установления гальванометра в нулевое положение. Такое равновесие возможно при I*Rn=En, где I – рабочий ток схемы.

2. При переключении П в положение 2, замыкается цепь с измеряемой ЭДС. Перемещением подвижного контакта Rk добиваются отсутствия тока в гальванометре. Равновесие возможно при условии I*Rk=Eизм, где I и Rk – известные значения.

”CхемаТакой способ измерения требует постоянства рабочего тока схемы. Это означает, что при перемещении Rk ток в контуре в не должен изменяться. Постоянство тока обеспечивается специальной конструкцией Rk, с замещающими и шунтирующими декадами.

Верхние декады полностью совпадают по ранжиру с нижними. В магазине используется несколько наборов декад, каждая следующая декада имеет сопротивления в 10 раз меньшее предыдущей.

В каждой декаде верхний и нижний ряд имеют механическую связь. При перемещении ползунка по верхнему ряду в большую сторону, в нижней декаде происходит уменьшение количества включенных резисторов и наоборот.

Напряжение для участка схемы 3-4 снимают с верхних или с нижних рядов. Итоговое сопротивление Rk в контуре в остается неизменным, а для контура б подбирается необходимое сопротивление.

Компенсаторы постоянного тока делятся на две основные группы: большого сопротивления (от 10000 Ом при напряжении цепи 1-2,5 В) и малого сопротивления (до 1000 Ом при напряжении цепи 100 мВ).

Компенсаторы высокого сопротивления применяют для поверки электродинамических и магнитоэлектрических вольтметров. Для расширения пределов измерения К используют делители напряжения. Однако при этом теряется точность измерений.

Низкоомные К применяют для измерения малых ЭДС и напряжений, в цепях с рабочим током до 25 мА (например, Е термопары). Погрешности высокоомных К постоянного тока находятся в пределах 0,02%, низкоомных – 0,5%.

Работа компенсаторов переменного тока заключается в уравновешивании искомой и известной величины напряжения источников ЭДС, включенных встречно. Отсутствие тока в нуль-индикаторе обеспечивается равенством напряжений по модулю и частоте, и противоположностью по фазе.

В качестве нуль-индикаторов в К переменного напряжения применяют вибрационные гальванометры или электронно-лучевые нуль-индикаторы.

”Прямоугольно-координатныйНа рис. 3 приведена схема прямоугольно – координатного компенсатора. Контуры 1 и 2 являются рабочими, для создания заданного падения напряжения на участках с калиброванным сопротивлением а-б и в-г, а контур с ПК1 и ПК2 является входным.

Ток в контуре 1 регулируется реостатом R и контролируется с помощью амперметра А. Участок схемы а-б представляет собой калиброванное сопротивление из проволоки, градуированное в единицах напряжения.

Второй контур связан с первым по средствам воздушного трансформатора Тр, ток вторичной обмотки Тр совпадает по фазе со вторичным ЭДС трансформатора. Это достигается отсутствием стали сердечника, и как следствие небольшим индуктивным сопротивлением вторичной обмотки.

Соответственно, ток вторичной обмотки отстает от тока первичной на 90 электрических градусов. В цепи второго контура участок в-г также выполнен в виде проволоки с калиброванным сопротивлением, для создания заданного падения напряжения на зажимах в–г.

Система из переключателей ПК1 и ПК2 позволяет регулировать фазу известных напряжений Uа-б и Uв-г, и обеспечивать противофазу с измеряемой величиной Еизм.

Искомая электродвижущая сила и сдвиг фаз находятся по формулам:

   Еизм=√(U2а-б+U2в-г;);
   φ=arctg(Uв-г/Uа-б).

”Полярно-координатныйВ цепях переменного тока также нашли применение полярно–координатные компенсаторы. Отличительной особенностью таких схем является наличие фазорегулятора, с помощью которого осуществляется регулирование напряжения по фазе. При помощи регулятора ФР задается требуемое значение угла φ. Реостатом R устанавливается рабочий ток схемы.

ЭДС определяется по положению ПК1 на участке калиброванной проволоки, и ПК2 в магазине сопротивлений. Регулируя положение ПК1 и ПК2 добиваются равновесного состояния НИ. Измеряемая величина ЭДС при работе с компенсаторами равна напряжению рабочих источников ЭДС.

Компенсаторы переменного напряжения не обеспечивают высокой точности измерений как на постоянном токе. Это объясняется тем, что в природе не существует нормального элемента с образцовой величиной ЭДС, как для приборов постоянного тока. Рабочий ток таких схем контролируется по амперметрам с погрешностью 0,05 и 0,1%.






Электрические измерения