23. Электрические измерительные цепи

24. Общие сведения. Мостовые цепи: одинарные мосты постоянного тока, двойные мосты постоянного тока: мосты переменного тока Одинарные мосты постоянного тока.

Одинарные мосты постоянного тока используются для измерения сопротивлений от 10 Ом и выше и представляют собой четырехплечные мосты с питанием от источника постоянною тока (рис. 3.7). Условием равновесии одинарного моста является равенство R₁R₄ = R₂R₃, отсюда

Погрешность моста зависит от пределов измерения и обычно указывается в пас­порте моста. Конструктивно мосты оформляются в виде переносных приборов рассчитанных на работу с соб­ственным или наружным указателем равновесия (обычно это гальванометры). Для измерения малых сопротивлений  (до 10 Ом) приме­няются двойные мосты постоянного тока. С целью расшире­ния пределов измерения в промышленных приборах двойные мосты совмещают с одинарными.

Мосты переменного тока.

Мосты переменного тока применяются для измерения активного сопротивления, индуктивности и добротности катушек, емкости и тангенса угла диэлектрических потерь конденсаторов, а также частоты переменного тока (рис. 3.8). Условие равновесия этого моста можно записать в виде следующего равенства:

Два комплекса равны только тогда, когда равны их модули и аргументы, т.е. Z₁Z₄=Z₂Z₃; φ₁- φ₂= φ_З - φ₄. Послед­нее условие указывает, при каком расположении плеч, в зависимости от их характера, можно уравновесить схему. Чаще всего применяются мосты, у которых два плеча представляют собой активные сопротивления, а два других     содержат     сравниваемые     реактивные элементы. Так как аргумент индуктивности будет положителен (ф>0), а емкости - отрицателен (ф<0), то равновесие мостов с двумя смежными активными плечами возможно только при следующих условиях: оба реактивных плеча имеют индуктивный характер, или оба являются емкостными и смежными. Если противоположные плечи чисто активные, то одно из двух других должно быть индуктивным, а другое - емкостным. В качестве указателей равновесия применяются вибрационные гальванометры, электронно-лучевые указатели или усилители с указателем выходного сигнала.

Двойные мосты постоянного тока.

Для точных измерений сопротивлений малой величины применяют двойные мосты. Схема двойного моста представлена на рисунке:

В процессе измерения измеряемое сопротивление R_x сравнивается с образцовым сопротивлением R₀.

Уравнения, поясняющие процесс измерения приведены ниже.

По второму закону Кирхгофа можно записать:

Для упрощения будем считать: R₁=R₃ и R₂=R₄.

Тогда уравнения можно переписать как:

В результате сопротивление неизвестного резистора можно выразить следующим образом:

;

Двойные мосты позволяют измерять сопротивления в диапазоне 10^-8…1.11111*10¹⁰ Ом.

25. Измерение угла сдвига фаз, частоты и коэффициента мощности.

Для косвенного измерения коэффициента мощности, распространенного в наладочной практике, используют известные из основ электротехники соотношения между активной, реактивной и полной мощностями.

При этом измеряют по схеме двух ваттметров (см. рис. 4.6) либо ток, напряжение и мощность, либо мощность. В первом случае коэффициент мощности определяют по следующим формулам:

• cosφ=Р/UI для однофазных схем;

• соsφ=Р/UI для трехфазных схем.

Во втором случае cosφ=(P₁/P₂)/2

Для непосредственного измерения коэффициента мощности и угла сдвига фаз в системах электроснабжения используются однофазные и трехфазные фазометры, выполненные на базе электродинамических, ферродинамических и электромагнитных логометров, угол отклонения которых пропорционален измеряемому углу φ. В системах автоматического контроля и управления для определения коэффициента мощности и угла сдвига фаз применяются различные методы и устройства в зависимости от диапазона частот, назначения приборов и требуемой точности. Наиболее часто используются осциллографические методы. Рассмотрим два основных.

Первый метод заключается в том, что по осциллограмме исследуемых напряжений (рис 4.10) фазовый сдвиг определяем из пропорции φх/360 = tφ/T= 1/L.

Во втором, методе элипса, напряжения U₁ и U₂ подают на выходы X и Y осциллографа и регулируют усиление так, чтобы при изображении на экране осциллографа эллипса Ym = Xm (рис. 4.11).

Методы круговой развертки, яркости меток, которые также принадлежат осциллографам, применяются реже. Промышленностью выпускаются электронные аналоговые и цифровые фазометры. Известны различные электронные методы измерения сдвига фаз: измерения суммарных и разностных напряжений; преобразование фазового сдвига во временной интервал, сравнения и компенсации с преобразованием частоты и метод, основанный на измерении входных сопротивлений.

Электромагнитный резонансный частотомер имеет электромагнит 2 (рис. 1, а), в поле которого расположены стальной якорь 1 и соединенный с ним стальной брусок 5. Этот брусок укреплен на упругих пружинах 4 и на нем размещен ряд гибких стальных пластинок 3, площадь поперечного сечения которых подобрана таким образом, что каждая следующая пластинка имеет частоту собственных колебаний на 0,5 Гц больше, чем предыдущая. Свободные концы пластинок введены в прорезь, имеющуюся на шкале прибора. Катушка электромагнита присоединена к сети переменного тока так же, как и катушка вольтметра.

При прохождении по катушке переменного тока электромагнит создает магнитное поле, пульсирующее с частотой изменения тока. Находящийся в этом поле якорь 1 также начнет совершать колебательные движения и вызывать колебания связанных с ним пластинок 3.

Колебания пластинок обычно бывают настолько незначительными, что они не могут быть замечены глазом

Ферродинамический частотомер (рис. 2) представляет собой логометр ферродинамической системы. Катушки логометра соединяются в две параллельные цепи, которые подключаются к двум точкам а и б, между которыми действует напряжение переменного тока U (так же, как и вольтметры). Последовательно с неподвижной 3 и одной из подвижных 1 катушек включены катушка индуктивности L и конденсатор С, а последовательно с другой подвижной катушкой 2 — резистор с сопротивлением R (могут быть и другие комбинации R, L и С). Поэтому ток I1 в первой параллельной ветви зависит от частоты f, а ток I2 во второй цепи не зависит от f.

Резонансный метод, основанный на явлении электрического резонанса в контуре с подстраиваемыми элементами в резонанс с измеряемой частотой. Измеряемая частота определяется по шкале механизма подстройки. Метод применяется на частотах более 50 кГц. Погрешность измерения можно уменьшить до сотых долей процента.

Метод сравнения измеряемой частоты с эталонной.