действия они реагируют на средневыпрямленное и амплитудное значения, но для удобства работы обычно градуируются в среднеквадратических (действующих) значениях напряжения. Такая градуировка может быть произведена только для определенной формы кривой тока, обычно синусоидальной. Поэтому вольтметры средневыпрямленного и амплитудного значений дают правильные показания только при синусоидальной кривой измеряемого напряжения. Если кривая отличается от синусоиды, погрешности могут возрастать до десятков процентов.

Описанные выше электромеханические и электронные приборы являются показывающими и использующими метод непосредственной оценки. Они удобны в работе и имеют малое время измерения, однако обладают сравнительно большими погрешностями.

Для выполнения измерений повышенной точности применяют более сложные приборы. Они выполняются по схемам уравновешивания и используют метод сравнения. К таким приборам относятся компенсаторы (потенциометры) и измерительные мосты.

4.4. Компенсаторы постоянного тока

Компенсаторами (или потенциометрами) называются приборы для измерения методом сравнения ЭДС, напряжений или величин, функционально с ними связанных. Существуют компенсаторы как постоянного, так и переменного тока [2, 5].

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. 20. Схема содержит источник образцовой ЭДС EUi образцовый резистор 7?0, вспомогательный источник питания ВБ (обеспечивает протекание рабочего тока / в цепи, составленной из последовательно соединенных резисторов Я, R0i /?,), переменное сопротивление R, регулировочный реостат Rj и нульиндикатор НИ. Нуль-индикатором служит обычно гальванометр с нулем посередине 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 - 2£„=1,0186 В. При помощи переключателя П гальванометр можно включать либо в цепь нормального элемента (положение 7), либо в цепь измеряемого напряжения (положение 2).

В соответствии с идеей метода измеряемое напряжение Ех необходимо сравнить с падением напряжения, создаваемым рабочим током I на части Rx переменного сопротивления R.

Процесс измерения напряжения состоит из двух операций: установления рабочего тока / и уравновешивания измеряемого напряжения Ех напряжением, создаваемым рабочим током на Rx. Для установления рабочего тока переключатель П ставят в положение 1 и, регулируя сопротивление Ru добиваются отсутствия тока в гальванометре. Это будет иметь место в том случае, когда падение напряжения на резисторе RQ станет равным ЭДС нормального элемента:

Щ = Е ,.

Таким образом, при отсутствии тока в цепи гальванометра рабочий ток

устанавливают в положение 2 и при помощи переменного сопротивления R устанавливают такое значение сопротивления Rx, при котором происходит уравновешивание измеряемого напряжения падением напряжения IRX. Это произойдет тогда, когда ток через гальванометр снова будет отсутствовать. В результате уравновешивания

После подстановки выражения для рабочего тока / (29) в (30) получим

Из (31) следует, что при постоянстве значений Ени RQшкала сопротивления R 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 RBXкомпенсатора (со стороны измеряемого напряжения) равно бесконечности, т.е. 7^ = 00. Отсюда следует одно из основных достоинств компенсатора - отсутствие потребления мощности от объекта измерения, т.е. возможность измерения ЭДС.

Современные потенциометры постоянного тока выпускают классов точности от 0,0005 до 0,2. Верхний предел измерения не превосходит 1...2,5 В. Нижний предел может составлять единицы нановольт. Для измерения более высоких напряжений применяются схемы с делителем напряжения. Промышленностью выпускаются компенсаторы с ручным и автоматическим уравновешиванием.

Компенсаторы переменного тока значительно уступают по точности компенсаторам постоянного тока.