Файл: Электрические измерения. Общий курс учебник.pdf

У потенциометров большого сопротивления сопротивление рабо­ чей цепи порядка 10 ООО Ом на 1 В. Рабочий ток обычно равен 0,1 мА. Для них применяются гальванометры с относительно большим кри­ тическим сопротивлением. Верхний предел измерения э. д . с . или напряжеппя 1,2—2,5 В.

Для измерения з. д. с. источника тока с малым внутренним со­ противлением и для измерения относительно малых о. д. с. и напря­ жений применять потенциометры большого сопротивления нерацио­ нально вследствие увеличения погрешности измерения. Одна из при­ чин увеличения погрешности заключается в том, что при обычном для компенсаторов большого сопротивления рабочем токе при измере­ нии малых о. д. с. в отсчете участвует малое число декад.

Для измерения малых э. д. с. (например, о. д. с. термопар) ис­ пользуются потенциометры малого сопротивления. Рабочий ток этих потенциометров порядка 1 — 10—25 мА; сопротивление рабочей цепи несколько десятков омов. Для них применяется гальванометр с не­ большим критическим сопротивлением, чтобы он мог работать в ус­ ловиях, близких к режиму его критического успокоения.

К конструкции современных потенциометров предъявляются следующие требования: а) неизменность рабочего тока в процессе компенсации; б) простота отсчета; в) возможность отсчета по положе­ ниям рычагов достаточного числа знаков; г) независимое включе­ ние измеряемой э. д. с. и нормального элемента. Потенциометры, вы­ пускаемые заводами, отвечают этим требованиям.

Э. д . с . нормального элемента компенсируется на отдельном участке рабочей цепи, имеющей некоторое постоянное сопротивле­ ние и переменное сопротивление, устанавливаемое в зависимости от окружающей температуры. Устройство с регулируемым сопротив­ лением, на котором создается компенсирующее напряжение, должно быть сконструировано таким образом, чтобы перемещение рычагов по его декадам в процессе компенсации не вызывало изменения ве­ личины рабочего тока. Кроме того, должна быть обеспечена воз­ можность точного отсчета установленного значения сопротивления (или падения напряжения на нем). Па практике применяется не­ сколько типов декад.

На схеме рис. 176, а показана так называемая шунтирующая де­ када. Как видно из схемы, посредством механически скрепленных рычагов PI и Р2 падение напряжения на одной секции гх подается на ряд (обычно 9) последовательно соединенных резисторов с сопротив­ лениями такой же величины. Тогда при рабочем токе / потенциометра

Компенсирующее напряжение для схемы рис. 176, а является суммарным падением напряжения в цепи егдж. Из схемы рис. 176, а видно, что независимо от положения рычагов PI и Р2 сопротивление цепи рабочего тока остается неизменным. Шунтирующих декад мо­ жет быть несколько.

245

На рис. 176, б показана принципиальная схема последовательного включения двух декад. Компенсирующим напряжением является падение напряжения на участке цепи вг. Так как рычаги PI и Р2 механически связаны, суммарное сопротивление цепи рабочего тока остается неизменным независимо от их положения. Можно включить последовательно требуемое количество двойных декад.

в)

5 j = m j Ш-Ц

В потенциометрах малого сопротивления применять трущиеся контакты в главной цепи недопустимо вследствие непостоянства их сопротивления, которое может привести к- существенным погреш­ ностям, так как сопротивление главной цепи сравнительно невелико. Этого недостатка нет у потенциометров с изменяющейся величиной рабочего тока.

—g\—@

Существует несколько схем потенциометров малого сопротивле­ ния, основанных на применении различного по величине рабочего тока в сопротивлении, на котором создается компенсирующее напря­ жение. На рис. 177 показана принципиальная схема потенциометра B . C . Уманцева. Как видно из этой схемы, компенсирующее напря­

246

Токи Іх и Т2 берутся разными и отличаются друг от друга в К) раз. Величины токов Іл и / 2 практически не зависят от положения щеток в контактных рядах вследствие того, что сопротивления гх и г2 вы­ бираются значительно большими, чем сопротивления г. Если подо­ брать такое положение щеток, при котором нуль-индикатор (гальва­ нометр) указывает на отсутствие тока в его цепи, величину измеряе­ мой э. д. с. можно отсчитать по положению щеток, причем каждая щетка дает определенный десятичный знак. Для повышения точности измерения Ех число контактных рядов может быть увеличено. Тре­ буемый рабочий ток (7, -f- Л>) устанавливается при помощи нормаль­ ного элемента и регулировочных реостатов, так же как и в схемах рис. 176, an б (на схеме рис. 177 нормальный элемент и регулировоч­ ные реостаты не показаны).

В настоящее время разработаны и выпускаются промышленностью потенциометры постоянного тока различного назначения.

32. Потенциометры переменного тока для измерения комплексных значений э. д. с , напряжений и сопротивлений

Принцип действия потенциометров переменного тока. Принцип действия потенциометров переменного тока, так же как и потенцио­ метров постоянного тока, заключается в том, что измеряемая э. д. с. уравновешивается известным напряжением, создаваемым рабочим током на участке сопротивления вспомогательной цепи.

Для уравновешивания двух напряжений переменного тока необ­ ходимо равенство этих напряжений по .модулю, противоположность но фазе, равенство частоты и идентичность формы кривой. Первые три условия можно обеспечить путем выбора принципиальной схемы потенциометра и питания исследуемой цепи и потенциометра от од­ ного источника. Последнее условие обеспечивается дополнительными мерами.

В качестве нуль-индикаторов, так же как и в мостах переменного тока, применяются вибрационные гальванометры, электроннолуче­ вые нуль-индикаторы или усилители с указателями выходного сиг­ нала.

При помощи потенциометров переменного тока можно измерять напряжения и э. д. с. переменного тока, ток, сопротивление, маг­ нитный поток и другие величины. Потенциометры переменного тока позволяют определять не только количественные значения различных величин, но и их фазу, т. е. представлять их в весьма наглядной форме векторных диаграмм.

Применение потенциометров переменного тока необходимо также при измерениях малых значений напряжений и э. д. с. в таких цепях переменного тока, в которых включение обычного прибора непосред­ ственной оценки может нарушать режим этой цепи вследствие по­ требления мощности и тем самым искажать результаты измерений.

Потенциометры неременного тока по точности измерений значи­ тельно уступают потенциометрам постоянного тока. Это объясняется главным образом тем, что не существует эталона электродвижущей

247

силы переменного тока, аналогичного нормальному элементу. Ра­ бочий ток в потенциометрах переменного тока приходится устанав­ ливать по приборам ограниченной точности, обычно по амперметрам электродинамической системы в лучшем случае класса 0,05 или 0.1 либо, как это будет показано далее, по нормальному элементу с ис­ пользованием промежуточного термопреобразователя.

Устройство потенциометров переменного тока. В зависимости от того, как производится уравновешивание по величине и фазе известной и измеряемой э. д. с. и в каких координатах получается отсчет Ех, потенциометры переменного тока разделяются на две группы.

1. Потенциометры, снабженные фазорегулятором, с помощью которого производится изменение фазы компенсирующего напряже­

ния до момента компенсации. Такие потенциометры П о з в о л я ю т пред­ ставить измеряемую э. д. с. Ех в полярной системе координат и назы­ ваются полярно-координатными.

2. Потенциометры, имеющие две рабочие цепи, в которых рабо­ чие т о К и сдвинуты по фазе относительно друг друга на 90°. В этих потенциометрах измеряемое напряжение или э. д. с. уравновеши­ ваются напряжением, определяемым по составляющим падений напря­ жений на участках двух рабочих цепей. Поскольку эти составляю­ щие сдвинуты по фазе на 90°, то потенциометры этого типа -могут быть названы прямоугольно-координатными потенциометрами или по­ тенциометрами, измеряющими Ех в прямоугольной системе координат.

На рис. 178 приведена принципиальная схема потенциометра, из­

руется фазорегулятором ФР, благодаря чему можно добиться прак-

248

тически полного отсутствия тока в нуль-нндикаторе НИ. Отсчет величины сдвига фазы производится по углу отклонения подвижной части фазорегулятора. Необходимое значение рабочего тока устанав­ ливается по амперметру А переменного тока при помощи реостата г.

На рис. 179 показана принципиальная схема потенциометра, из­ меряющего Ех в прямоугольной системе координат.

Потенциометр имеет две рабочие цепи А и Б. Рабочая цепь А состоит из калиброванной проволоки аб, первичной обмотки 1 «воз­ душного» трансформатора Тв (без стали), амперметра А и реостата г. Ток Іх в этой цепи создает на калиброванной проволоке аб падение напряжения Uаб. Так как ток Іх устанавливается заданной величины, то напряжение £/f t 6 будет определяться сопротивлением га б , которое может быть проградуировано в единицах напряжения. Вторая рабо­ чая цепь Б состоит из калиброванной проволоки ег, вторичной об­ мотки 2 «воздушного» трансформатора Г„ и резистора rf. Ток / 2 ) протекающий во второй рабочей цепи, отстает по фазе от тока 1Х практически на 90°. Объясняется это тем, что при незначительном

по фазе с токами, но будут сдвинуты относительно друг друга на

неизменным при всех частотах в пределах заданных значений. Для этой цели во второй рабочей цепи включен магазин сопротивлений г; , величина сопротивления которого меняется в зависимости от ча­ стоты.

Главная цепь потенциометра состоит из источника измеряемого напряжения Ux или э. д. с. Ех, нуль-индикатора НИ и участков калиброванных проволок ДІО и Д20.

На схеме рис. 179 рабочие цепи показаны смещенными в про­ странстве на 90°. Это сделано с той целью, чтобы наглядно изобразить реально существующее смещение по фазе на 90° между рабочими

249