книги из ГПНТБ / Быков М.А. Электрические измерения электрических величин [учеб. пособие]

Таким образом, в измерительной схеме ее состояние .равно­

разитных емкостных связей—как с внешними объектами, так

форматорными плечами AD и DC моста. При этом емкости эк­ ранируемых участков относительно их экранов превращаются в емкости этих участков относительно точки D. Но емкость точки В относительно точки D условий равновесия моста не нарушает, так как эти точки в момент равновесия моста экви­ потенциальны друг другу. Емкости же точек Л и С относитель­ но точки D шунтируют только соответствующие «трансформа­ торные» плечи моста. Вследствие малых собственных (внут­ ренних) сопротивлений этих плеч это практически не изменяет потенциалы точки А и точки С относительно точки D и, следо­

ется в таких схемах, как, например, мост Вина, в котором элек­

обстоятельства довольно сложен, но вполне возможен, в част­ ности, он требует знания значения емкости между экраном конденсатора и этим электродом.

Однако возможное действие системы эквипотенциального экранирования и ее использование изложенным выше не огра­

имеющих место в деталях, выполненных из твердого диэлек­ трика, применяемых в его конструкции (при особом выполне­ нии его конструкции, упоминавшемся в гл. I I ) .

Особенность такой конструкции конденсатора, называемой трехэлектродной, заключается в том, что каждая из двух его систем электродов укрепляется с помощью деталей из твердо­ го диэлектрика отдельно и независимо от другой на общем эк-

230

ране, охватывающем обе эти системы электродов. Схема такой конструкции показана на рис. VI-18, а.

между его электродами в воздушных промежутках между ни­ ми. Такой конденсатор может считаться «беопотерьным» (ос­ таточный угол потерь у такого конденсатора может выражать­ ся миллионными долями радиана).

Рис ѴІ-18

При подобной конструкции конденсатора может быть соз­ дан и конденсатор переменной емкости с начальным значени­

емкости изменяется в результате введения между этими элек­ тродами третьего, подвижного электрода, соединенного с эк­ раном конденсатора (и сточкой Е вспомогательной схемы мо­

разделены друг от друга подвижным электродом (экраном). В такой конструкции легко осуществить, чтобы в каком-то сво­

'231

У конденсатора подобный конструкции можно также полу­ чить околь угодно малое изменение его емкости, например, по­ строить конденсатор с изменением емкости в пределах от нуля (абсолютного) до 0,0001 пф, с возможностью отсчета значений его емкости с точностью до десятых долей процента от макси­ мального ее значения. Для этого только надо оставить в та­ ком конденсаторе достаточно узкую щель в неподвижном элек­ троде-экране, введенном между измерительными электрода­ ми конденсатора, и перекрывать эту щель подвижным электро­ дом-экраном (при его движении вдоль этой щели) вплоть до ее полного закрытия, когда емкость такого конденсатора ста­ нет абсолютно равной нулю.

Для питания мостов переменного тока применяются различ­ ные источники питания.

При измерениях на промышленной частоте обычно исполь­ зуются осветительная или промышленная сеть и питание мо­ ста осуществляется через разделительный, понижающий или повышающий трансформатор.

При измерениях при более высоких (а иногда и при бо­ лее низких) частотах применяются отдельные генераторы мощностью в несколько ватт — ламповые, транзисторные или механические. В случае измерений в мостах, равновесие кото­ рых зависит от частоты, необходимо, чтобы генератор был достаточно стабилен по частоте и чтобы форма кривой выра­ батываемого им напряжения была близка к синусоидальной, иначе при достижении равновесия моста, окажем, для основ­ ной гармоники, он останется неуравновешен для всех осталь­ ных гармоник, что обычно весьма затрудняет определение до­ стижения равновесия по основной волне.

Выбор частоты напряжения питания моста делается либо соответственно той частоте, при которой будет применяться измеряемый объект — если его параметры, измеряемые в мос­ те, заметно зависят от частоты, либо исходя из имеющихся и наиболее удобных условий в отношении частоты — если изме­ ряемые параметры не имеют ощутимых зависимостей от часто­ ты. В последнем случае надо также иметь в виду, что посколь­ ку в мостах переменного тока измеряются, главным образом, реактивные составляющие измеряемых объектов, то чувстви­ тельность моста к этим параметрам, как правило, тем выше, чем выше частота, и с этой точки зрения предпочтительно ра­ ботать при повышенных частотах.

Нулевые приборы в мостах переменного тока применяются самых различных видов.

При измерениях при промышленной частоте или частоте, немного от нее отличающейся, очень часто применяют вибра-

232

циониый гальванометр (если необходимо—с включением перед ним соответствующего лампового или транзисторного усили­ теля). Вибрационный гальванометр удобен вследствие про­ стоты его конструкции, выносливости в отношении перегрузок и достижимой высокой селективности по частоте. Последнее может быть ценным при работе на частотозависимых мо­ стах, при заметном содержании высших гармонических в кри­ вой питающего мост напряжения. Однако использованию вы­

нометр и не менее чувствительный, чем он (при применении телефона в указанной области частот, определяемой свойст­ вами человеческого уха).

Что касается селективности телефона по частоте, то у са­ мого телефона, как такового, такой селективности практиче­ ски нет, но зато она имеется у человеческого уха: не надо обла­

принимаются. С другой стороны, наличие в телефоне звукового фона высших частот, хотя и легко отличимого от звука основ­ ного тона, снижает чувствительность уха к звуку основного то­

стотно настроенным усилителем с достаточно большим коэф­ фициентом усиления. Преимуществом такого нулевого прибо­

233

лировки в мосте возможно только в случае идеальной сходи­ мости, когда уравновешивание моста и так достаточно просто.

В заключение этого параграфа следует обратить внимание на то, что включение нулевых приборов в экранированные мо­ сты необходимо выполнять таким образом, чтобы не нарушать целостности системы экранирования моста. В особенности это относится к тем нулевым приборам, питание которых осущест­ вляется от той же самой сети, от которой питается и сам мост или питающий его генератор. В этом случае в цепь питания нулевого прибора необходимо включать разделительный трансформатор, вторичная обмотка которого была бы полно­ стью заэкранирована экраном, присоединенным к общей си­ стеме экранов моста.

Измерительные свойства уравновешенных мостов перемен­ ного тока, выпускаемых в СССР, нормируются ГОСТ 9486—60. Этот ГОСТ распространяется на мосты, служащие для изме­

соответствующих классов точности определяются следующими выражениями (в!%);

где а—численное обозначение класса точности данного моста; С—значение измеряемой емкости, пф;

L—значение измеряемой индуктивности, цгн.

Также установлены для мостов каждого класса точности и определенные нормы точности измерения углов потерь и добротностей.

§ 3. КОМПЕНСАТОРЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Компенсаторами или потенциометрами называют устрой­ ства, предназначенные для измерения методом компенсации напряжения или э. д. с , а также ряда других электрических ве­ личин, овязанных с напряжением или э. д. с. функциональной зависимостью (например, I, Р, R и др.).

224

Втехнике измерений компенсаторы постоянного тока при­ меняют обычно в случаях, когда к измерению предъявляются требования повышенной точности, как, например, при поверке измерительных приборов непосредствен ной оценки и других специальных измерениях либо когда необходимо произвести измерение без отбора тока от участка цепи, где действует из­ меряемая величина.

Вширокой практике для измерения напряжения обычно пользуются вольтметрами, учитывая простоту и доступность этого метода.

Однако измерение вольтметром сопровождается методиче­ ской погрешностью, вызнанной тем, что вольтметр обладает собственным сопротивлением (не бесконечно большим) и, сле­ довательно, потребляет энергию из электрической цепи, ока­ зывая определенное влияние на ее работу.

Допустим, с помощью вольтметра, обладающего собствен­ ным сопротивлением Rv, требуется измерить напряжение на

сопротивлении нагрузки R (рис. VI-19).

где Е—э. д. с. источника;

RBH — е г о внутреннее сопротивление.

Рис . ѴІ-19

После подключения вольтметра (см. рис. VI-19, б) на его зажимах окажется (и им фактически измеряется) напряжение U', не равное напряжению U:

Из рассмотренного следует, что присоединение вольтметра к какому-либо участку схемы уменьшает эквивалентное сопро­ тивление этого участка и напряжение на нем. Таким образом,

235

отсутствие тока в измерительной части цепи и в гальванометре в момент измерения, а поскольку ток отсутствует, измеритель­ ная установка не вносит никаких искажений в цепь измеряе­ мой величины.

Таким образом, важным свойством метода компенсации яв­ ляется отсутствие потребления тока от цепи измеряемой вели­

Рис. ѴІ-22

В контур /, называемый контуром нормального элемента,

входят Ен—глаьванический, или «нормальный», элемент, э. д. с. которого известна с точностью до 4—5 знаков, RH — нормальное сопротивление, общее для контура / и ///, Г — гальванометр.

237

В контур //, называемый контуром измеряемой э. д. с, вхо­ дят Ех или Ux—измеряемые э. д. с. или напряжение, R—пя­ тиили шестидекадный магазин, общий для контуров / / will, и гальванометр Г.

необходимо знать в момент компенсации величину сопротив­ ления, параллельно которому она включена, и протекающий

рабочей цепи компенсатора, т. е. в контуре ///. Переключате­

справедливо уравнение

Отсюда

(ѴІ-42)

Величина э. д. с. нормального элемента определяется ГОСТ. Для насыщенных элементов, применяемых обычно с ла­ бораторными компенсаторами (при температуре 20°С), она может находиться в пределах 1,0185—1,0187 е. При повыше­ нии температуры до t°C величина Ен рассчитывается по фор­ муле

238

Таким образам, в главной цепи компенсатора в момент компенсации устанавливается рабочий ток в одну десятиты­ сячную ампера, причем величина его известна с точностью до пяти знаков, т. е. до 0,001%.

метр переключателем П включают в контур //. Изменяя сопро­ тивление участка Ь—с магазина R, с которого снимается ком­ пенсирующее напряжение, вновь добиваются отсутствия тока в

по положению ручек компенсатора с точностью до пяти или шести знаков в лабораторных компенсаторах и с меньшей точностью — в технических.

Поскольку для каждого типа компенсатора рабочий ток — величина вполне определенная и точно установленная, пока­ зания магазина R надписаны на нем прямо в значениях на­ пряжения, т. е. в вольтах (в момент компенсации равного зна­ чению измеряемой э. д. с ) .

Из сказанного следует, что устройство магазина R должно отвечать неокольким требованиям, а именно:

1. Компенсирующее напряжение Uec должно сниматься с участка Ь—с магазина R, причем должна обеспечиваться мак­ симально возможная плавность регулировки сопротивления этого участка от минимального до значения, соответствующе­ го верхнему пределу измерения компенсатора.

Качество компенсатора в целом в значительной степени зависит от схемы и конструкции магазина R, которые весьма разнообразны.

Одна из простейших схем сопротивления R состоит из однодекадного магазина сопротивлений (ступенчатая регули­ ровка) и реохорда (плавная регулировка). Компенсирующее напряжение снимается с движков С и С (рис. ѴІ-23); оно до­ статочно плавно регулируется, в то время как сопротивление между точками b и d, т. е. полное сопротивление магазина R, включенное в рабочую цепь, остается постоянным.

239