2.9.2.3 Электростатические приборы

Принцип действия приборов электростатической системы основан на взаимодействии двух электрически заряженных тел. Конструктивно они выполняются в виде неподвижной и подвижной пластин к которым прикладывается измеряемое напряжение. При движении подвижной пластины емкость между ними изменяется и, соответственно, изменяется вращающий момент, действующий на подвижную пластину.

Противодействующий момент создается спиральной пружиной или весом подвижной пластины. Электростатические приборы используются в качестве вольтметров и киловольтметров, пригодных для измерения постоянного и переменного напряжения. Шкала градуированная на постоянном напряжении, справедлива для действующего значения переменного напряжения любой формы.

К достоинствам электростатических приборов относятся: большие пределы напряжений (до 1 МВ); широкий диапазон частот измеряемых напряжений (до 30 МГц).

Недостатки: малая чувствительность; малая надежность; нелинейность шкалы; влияние температуры окружающей среды и внешнего электрического поля.

2.9.2.4 Метод измерения сопротивления

Для измерения сопротивлений часто используют автоматические электронные мосты, включенные по двухпроводной, трехпроводной или четырехпроводной схемам.

Двухпроводная схема подключения моста к ТС показана на рисунке 2.52, где обозначены:

R₁, R₂, R₃, R₄ - сопротивления моста;

R_б - балластное сопротивление для ограничения рабочего тока;

R_и – измеряемое сопротивление;

R_л - сопротивление линии (соединительных проводов).

Условием равновесия моста является равенство произведений противолежащих плечей, т.е. в данном случае:

R₁^.R₃  R₂^.(R₄ + R_и + 2^.R_л).

Когда мост уравновешен, напряжение на диагонали U_AD = 0 и, следовательно, ЭД не работает. При изменении R_т изменяется U_AD, оно перестает быть нулевым. Это напряжение усиливается УЭД и подается на ЭД, который, вращаясь, перемещает движок реохорда.

Недостатком такой схемы является то, что сопротивления линии входят в одно плечо с R_и, следовательно, если линия достаточно длинная, то изменение R_л (например, при изменении температуры окружающей среды) может вызывать изменение показаний моста. Для компенсации R_л применяются трехпроводная или четырехпроводная схемы.

Трехпроводная схема подключения моста (см. рисунок 2.53).

В этом случае уравнение равновесия имеет вид

(R₁ + R_л)^.R₃  R₂^.(R₄ + R_т + R_л).

То есть сопротивление линии R_л входит в обе части уравнения и частично компенсируется.

28. Использование электроизмерительных приборов.

2.9.3 Использование электроизмерительных приборов

Измерение тока. При измерении тока используется электроизмерительный прибор амперметр (А), которые должен быть подключен последовательно с элементом, ток в котором замеряется (см. рисунок 2.54).

Амперметр может быть прибором магнитоэлектрической, электромагнитной, электродинамической системы или прибором сравнения. Отличительной особенностью амперметров является их малое внутренне сопротивление, поскольку в противном случае их сопротивление может повлиять на значение измеряемого тока в сторону его уменьшения.

Параллельно с амперметром может быть подключен шунт R_ш, то есть сопротивление, предназначенное для изменения пределов измерения амперметра. При этом пределы измерения увеличаться в k раз:

.

Измерение напряжения. Измерительным прибором является вольтметр, принцип действия которого аналогичен амперметру. Вольтметр предназначен для измерения разности потенциалов между двумя точками электрической сети, например, на входе и на выходе некоторого элемента R_н, поэтому он подключается параллельно данному элементу (см. рисунок 2.55). Отличительной особенностью является большое внутреннее сопротивление прибора, поскольку ток, протекающий через амперметр, должен быть незначительным и не должен влиять на режим работы измеряемого элемента.

Для уменьшения погрешности необходимо, чтобы сопротивление электроизмерительного прибора было в 100 раз больше сопротивления любого элемента измеряемой цепи. Для этого используется добавочное сопротивление (шунт) R_ш, подключаемое последовательно:

,

где R_в – внутреннее сопротивление вольтметра, U_max – максимальное значение измеряемого напряжения, U_в – напряжение непосредственно на вольтметре.

Измерение мощности и электрической энергии. Для измерения мощности (электроэнергии) используется ваттметр (счетчик электроэнергии), построенный как прибор индукционной системы. Для определения мощности (и электроэнергии) необходимо измерение напряжения U и силы тока I в цепи. Мощность определяется как произведение

P = U*I,

поэтому данные измерительные приборы имеют две пары контактов (см. рисунок 8.5): - контакты сверху и снизу прибора, изображенного на рисунке 2.56, подключаются к Ш-образному электромагниту и используются для измерения напряжения;

- контакты слева и справа от прибора подключаются к П-образному электромагниту и используются для измерения тока.