Автоматические электрические потенциометры

Схема автоматического потенциометра показана на рисунке 1.36, где обозначено: ИПС – источник питания стабилизированный (постоянного тока), R_p – сопротивление реохорда, R_ш – шунта (сопротивление для задания пределов измерения прибора), R₁, R₂, R₃ и R₄ – сопротивления мостовой схемы, R_б – балластное сопротивление для ограничения тока от ИПС.

Потенциометр состоит из моста сопротивлений АВСD, в одну из диагоналей которого включен источник питания ИПС (диагональ ВС), а в другую (измерительную диагональ АD) измеряемое напряжение U_изм и электродвигатель ЭД с усилителем УЭД. В вершине А моста находится реохорд R_р, к движку которого прикреплена стрелка, движущаяся вдоль шкалы. Перемещением движка в свою очередь управляет электродвигатель.

Мост может находиться в двух состояниях: уравновешенном и неуравновешенном.

Когда мост находится в равновесии, то напряжение между его вершинами AD равно по модулю измеряемому (U_AD = U_изм) и напряжение небаланса ΔU, подаваемое на усилитель УЭД, равно нулю:

ΔU = U_AD – U_изм = 0.

В данном состоянии ЭД не работает.

Если по каким-либо причинам U_изм изменится, то мост выходит из равновесия и на входе усилителя УЭД появится напряжение небаланса ΔU ≠ 0. Усилитель, усилив напряжение, подает его на ЭД, который, вращаясь, перемещает движок реохорда. Перемещение движка продолжается до тех пор, пока мост снова не придет в равновесие и напряжение на ЭД снова не станет равно нулю.

В этих потенциометрах процесс компенсации осуществляется автоматически, непрерывно и с большой скоростью. Эти приборы имеют устройства для автоматического внесения поправки на температуру окружающей среды.

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 рис. 1.37, 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: R₁R₃  R₂(R₄ + R_и + 2R_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.

Использование электроизмерительных приборов

Измерение тока.

При измерении тока используется электроизмерительный прибор амперметр (А), которые должен быть подключен последовательно с элементом, ток в котором замеряется (рис. 1.39).

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.

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 Rн, поэтому он подключается параллельно данному элементу (рис. 1.40). 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) Rш, 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

– контакты сверху и снизу прибора, изображенного на рис. 1.41, 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.