7. Приборы сравнения

7.1. Общие сведения

Сравнение измеряемой величины с мерой происходит при любом измерении. Однако в приборах непосредственной оценки измеряемая величина сначала преобразуется в промежуточную, которая сравнивается с мерой промежуточной величины. Например, в электромеханических приборах измеряемая величина преобразуется во вращающий момент, который сравнивается с противодействующим моментом. (Мера измеряемой величины используется при градуировке приборов.)

Для измерения электрических величин с высокой точностью и высокой чувствительностью в большой группе средств измерений реализуется метод сравнения с мерой, при котором производится сравнение измеряемой величины и величины, воспроизводимой мерой. В подавляющем большинстве отличительной чертой методов сравнения является непосредственное участие в процессе измерения меры известной величины, однородной с измеряемой. Измерение при этом заключается в установлении равенства или определенного соотношения между значениями измеряемой величины и мерой. Однако в некоторых случаях может быть использована и мера, неоднородная с измеряемой величиной. Например, при измерении индуктивности с помощью моста переменного тока в качестве меры можно использовать емкость конденсатора. В этих случаях определение значения измеряемой величины производится на основании известной математической зависимости измеряемой величины от меры, реализуемой в средстве измерения.

Все известные методы сравнения по характеру самой операции сравнения можно разделить на методы одновременного и разновременного сравнения.

При методах разновременного сравнения измерение проводится в два этапа, а результат определяется по двум измерениям: с участием измеряемой величины на первом этапе и меры – на втором. К разновременному сравнению относится метод замещения, при котором производится поочередное подключение на вход прибора измеряемой величины и известной величины, воспроизводимой мерой, и по двум показаниям прибора определяется значение неизвестной величины.

К методам одновременного сравнения относятся методы совпадения, дифференциальный и нулевой.

При методе совпадения измеряют разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, используя совпадение отметок шкал или периодических сигналов.

При дифференциальном методе разность измеряемой величины и величины известной, воспроизводимой мерой, измеряется с помощью измерительного прибора. Неизвестная величина определяется как сумма известной величины и измеренной разности.

При нулевом методе разность между измеряемой величиной и известной величиной сводится в процессе измерения к нулю, что фиксируется высокочувствительным пробором – нуль-индикатором.

Высокая точность измерений методами сравнения достигается благодаря высокой точности мер, воспроизводящих известную величину, и высокой чувствительности измерительных приборов.

Приборы, в которых для измерения неизвестной величины используются методы сравнения с мерой, называются приборами сравнения. К ним относятся мосты и компенсаторы (потенциометры), отличающиеся схемами измерительных цепей.

Мосты применяют для измерения сопротивления, индуктивности, емкости, добротности и угла диэлектрических потерь. На основе мостовых схем выпускают приборы для измерения неэлектрических величин (температуры, перемещений, механических напряжений и др.) и различные устройства автоматики и телемеханики.

Для измерения напряжений и (что особенно важно) ЭДС используют компенсаторы (потенциометры). Они также применяются для измерения других величин при использовании измерительных преобразователей и косвенного способа измерений.

В зависимости от метода, положенного в основу этих приборов – нулевого или дифференциального, приборы подразделяются на уравновешенные и неуравновешенные. В зависимости от рода тока, питающего мост или компенсатор, различают мосты и компенсаторы постоянного и переменного тока. Кроме того, приборы сравнения могут быть с ручным и автоматическим уравновешиванием. Наконец, в зависимости от вида схемы (числа плеч) мосты бывают четырехплечие (одинарные) и шестиплечие (двойные). По существующей классификации в названии типа прибора мостам и компенсаторам присвоена буква Р (например, одинарно-двойной мост Р3009).