Компенсаторы постоянного тока

Измерение тока и напряжения аналоговыми электромеханическими приборами возможно в лучшем случае с погрешностью 0,À % (класс точности прибора 0,1). Более точные измерения выполняют методом сравнения с мерой. Средства измерений, использующие метод сравнения, называются компенсаторами или потенциометрами.

Принцип действия компенсатора основан на уравновешивании (ком­пен­сации) измеряемого напряжения известным падением напряжения на образцовом резисторе. Момент полной компенсации фиксируется по показа­ниям индикаторного прибора (нуль-индикатора).

Упрощенная схема компенсатора постоянного тока приведена на рис. 3.13. Схема содержит источник образцовой ЭДС Е, образцовый резистор R, вспомогательный источник питания ВБ, переменное сопротивление R, регулировочный реостат R, и нуль-индикатор НИ. Нуль-индикатором служит обычно гальванометр с нулем посредине шкалы. В качестве источника образцовой ЭДС (меры ЭДС) используется нормальный элемент — изготав­ливаемый по специальной технологии гальванический элемент, среднее значение ЭДС которого при температуре 20 С известно с точностью до пятого знака и равно Е =1,0186 В. Образцовый резистор представляет собой катушку сопротивления специальной конструкции с точно известным и стабильным сопротивлением.

Процесс измерения напряжения состоит из двух операций:

Рисунок 3.13.

установления рабочего тока и уравновешивания измеряемого напряжения. Для установления рабочего тока переключатель П ставят в положение 1 и, регулируя сопротивление R, добиваются отсутствия тока в гальванометре. Это будет иметь место в том случае, когда падение напряжения на резисторе К ₀станет равным ЭДС нормального элемента:

IR ₀= E _н

При этом рабочий ток в цепи R ₁, R ₀, R

После установки рабочего тока переключатель II устанавливается в положение 2 и, не изменяя рабочего тока, устанавливают такое значение сопротивления Л=Л„ при котором измеряемое напряжение Е_х будет уравно­вешено падением напряжения III_х и ток в цепи гальванметра снова будет отсутствовать. Отсюда

E _н/ R ₀= R_x / R ₀ (3.16)

и

E =(R / R) E

Из (3.16) следует, что при постоянстве значений E _я, и Л ₀, шкала со­противления К может быть проградуирована непосредственно в единицах напряжения постоянного тока.

Так как в момент равновесия ток в цепи индикатора отсутствует, то можно считать, что входное сопротивление Л _вх компенсатора (со стороны измеряемого напряжения) равно бесконечности, т.е. К _вх –О ₀. Отсюда следует одно из основных достоинств компенсатора — отсутствие потребления мощности от объекта измерения, т.е. возможность измерения ЭДС.

Погрешность компенсатора постоянного тока определяется погреш­ностями резисторов К, К ₀ЭДС нормального элемента, а также чувстви­тельностью индикатора. Современные потенциометры постоянного тока выпускают классов точности от 0,0005 до 0,2. Верхний предел измерения до 1...2,5 В. При достаточной чувствительности индикатора нижний предел измерения может составлять единицы нановольт.

В современных конструкциях компенсаторов вместо нормального элемента часто используются стабилизованные источники напряжения с более высоким значением стабилизированного напряжения, что позволяет расширить верхний предел измерения компенсатора до нескольких десятков вольт. Для измерения более высоких значений напряжения могут быть ис­пользованы схемы с делителем напряжения. При этом, однако, утрачивается основное достоинство компенсационного метода — отсутствие потребления мощности от объекта измерения.

Промышленностью выпускаются компенсаторы с ручным и автома­тическим уравновешиванием.

Компенсационные методы используются также для измерения на пе­ременном токе.