книги из ГПНТБ / Попов В.С. Электрические измерения (с лабораторными работами) учебник

жение /рГвг , уравновешивающее измеряемую э. д. с. Ех, изменяются.

Если сопротивление катушек каждой последующей декады в 10 раз меньше сопротивления катушек преды­ дущей, то при трех замещающих декадах можно устано­ вить компенсационное сопротивление цепи в — г и на­ пряжение на ней с точностью до трех знаков.

5-2. ПОТЕНЦИОМЕТРЫ ПОСТОЯННОГО Т О К А

Потенциометры, илп, как их часто называют, компен­ саторы, — это приборы сравнения, в основе работы кото­ рых лежит компенсационный метод измерения напряжения или э. д. с. Потенциометры принято делить на две группы: 1) потенциометры большого сопротивления или многоомные, рабочая цепь которых имеет сопротивление несколь­ ко десятков кплоом. Они применяются для измерений напряжений пли э. д. с , не превышающих нескольких вольт, и в основном используются для поверки приборов высокой точности (классов 0,1 — 0,5), а также для точпых измерений напряжения, тока, сопротивления и т. п.; 2) потенциометры малого сопротивления или малоомпые с сопротивлением рабочей цепи в один или несколько килоом. Онп применяются для измерений напряжений илп э. д. с. примерно до 0,1 В.

а) Потенциометр постоянного тока высокоомный типа ППТВ-1

К зажимам потенциометра НЭ (рис. 5-3) подключается нормальный элемент, к зажимам X — измеряемое напря­ жение, к зажимам Г — гальванометр, к зажимам ВБ — источник питания, обычно аккумулятор.

Чтобы получить рабочий ток 7 Р = 0,1 мА, переклю­ чатель П устанавливают в положение НЭ; при этом галь­ ванометр соединен последовательно с нормальным эле­ ментом и напряжение на зажимах этой цепи равно падению напряжения, созданному током 7 Р в сопротивлении /•„, состоящем из 10 катушек по 1 000 Ом: магазина А, сопро­ тивления "180 Ом и части сопротивления магазина F. Число ом этой части сопротивления должно быть уста­ новлено равным четвертому десятичному знаку значения

э.д. с. нормального элемента при данной температуре. Регулировка тока 7 Р производится сопротивлением

130

б) Потенциометр типа Р-300

К зажимам НЭ потенциометра Р-300 (рис. 5-4) присое­ диняется нормальный элемент, к зажимам Г — гальва­ нометр, к зажимам Б — наружная батарея (при этом перемычка ставится в положение БНу при установке перемычки в положение БВ питание потенциометра проис­ ходит от внутренней батареи). Резистор г в с п состоит из четырех секций, две из них с рычажными переключате­ лями для грубой регулировки и две .с реохордами для плавной регулировки рабочего тока.

Регулировка рабочего тока

Успокоение

Р п с . 5-4. Схема потенциометра Р-300.

Для установки рабочего тока / р = 0,1 мА переклю­ чатель Я ставится в положение НЭ. При этом на зажимах цепи, состоящей из гальванометра и нормального эле­ мента, будет напряжение, равное падению напряжения, созданному рабочим током в сопротивлении га. Это сопро­ тивление состоит из 10 X 1 ООО Ом + 180 Ом и части магазина 18 X 0,5 Ом, число ом которого должно быть рав­ но четвертому десятичному знаку э. д. с. нормального элемента для данной температуры. При а г = 0 рабочий

каждой из которых в компенсационную цень производится переключателем.

Компенсация измеряемой величины производится при помощи сопротивления гк, имеющего пять декад: (I)

132

и 0,00001 В. Номинальное напряжение иа пяти декадах равно 1,911 В.

При трех разомкнутых кнопках: «0», «430 кОм», «Успокоение» — последовательно с гальванометром вклю­ чено сопротивление 20 МОм. При нажатии кнопки с от­ меткой «430 кОм» гальванометр включается последова­ тельно с указанным (защитным) резистором, а при нажа­ тии кнопки с отметкой «0» — без защитного резистора. Нажатием кнопки «Успокоение» достигается быстрое успо­ коение.

5-3. РАБОТА С ПОТЕНЦИОМЕТРОМ ПОСТОЯННОГО ТОКА

3.Установить сопротивление гн в соответствии с най­ денной э. д. с.

4.Определить необходимую э. д. с. вспомогатель­ ной батареи (Евсп) и выбрать батарею с ближайшим стан­ дартным напряжением.

5.Определить все необходимые элементы и пара­ метры цепи измеряемой величины (тока, напряжения, сопротивления и т. п.) и выбрать их.

6. Собрать схему в соответствии с заданием.

7.Установить в исходное положение движки всех реостатов, магазинов сопротивлений и переключателей.

8.Включить осветитель гальванометра и отрегули­ ровать отсчетное и оптическое устройство, установив све­ товую отметку на нуль шкалы.

9.При положении переключателя П потенциометра на отметке НЭ замкнуть цепь гальванометра через защитный резистор и, изменяя сопротивление резистора г в с п , устано­ вить световую отметку на нуль шкалы гальванометра.

10.Замкнуть цепь гальванометра без защитного ре­ зистора и отрегулировать сопротивление rDCB так, чтобы

133

световая отметка оказалась на нуле шкалы, при этом

12.Подготовить и проверить цепь измеряемой вели­

чины.

13.Выяснить ориентировочное значение измеряемой величины Ux (Ех) и установить движкп магазинов сопро­ тивлений гк в положения, соответствующие этой (изме­ ряемой) величине.

14.Вначале включить гальванометр через защитный

резистор и установить его показания на нуль шкалы,

0—а^о-

Рис. 5-5. Схема для измерения напряжения или по ­ верки вольтметра потенциометром с применением делителя напряжения.

затем включить гальванометр без защитного резистора и снова установить на нуль; определить измеряемый па­ раметр.

15. Переведя переключатель П в положение ИЭ, убедиться в том; что рабочий ток компенсатора остался неизменным.

Потенциометры постоянного тока применяются для точных измерений э. д. с , напряжений, токов, сопротив­ лений и для поверок приборов — амперметров, вольт­ метров, ваттметров.

Наибольшее напряжение, которое можно непосредст­ венно измерить потенциометром, составляет 1,2—2 В. При измерении больших напряжений применяют дели­ тель напряжения (рис. 5-5), состоящий из нескольких последовательно соединенных сопротивлений.

134

Если на сопротивлении г, являющемся частью сопро­ тивления делителя гп (рис. 5-5), действует напряжение £7П, измеряемое потенциометром, то на всем сопротивлении /-д напряжение равно:

где к = r-plr — коэффициент делителя.

используя различные зажимы делителя, получим наибольшие изме­

Для измерения тока необходимо в цепь включить образцовую катушку сопротивления (резистор) г0 (рис. 5-6). Измерив компенсатором напряжение U0 на образцо­ вой катушке, определяем ток

в ней 1Х = Г70/7-0.

Падение напряжения на образцовом резисторе г0 при наибольшем измеряемом то­ ке 1Х не должно превышать поминального напряжения потенциометра Z7n, откуда сопротивление катушки r0 ^

> илх.

Мощность потерь в кату­ шке при наибольшем измеря­

емом токе не должна превышать значений, указанных на катушке.

5-4. АВТОМАТИЧЕСКИ Е ПОТЕНЦИОМЕТР Ы

В автоматических потенциометрах установка рабочего тока и уравновешивание измеряемой а. д. с. или напря­ жений происходят автоматически. Эти потенциометры непрерывно производят процесс измерения э. д. с. или функционально связанной с ней неэлектрической вели­ чины, например температуры, а также регистрируют

ирегулируют ее.

Вкачестве примера рассмотрим схему (рис. 5-7) автоматического электронного потенциометра типа ЭПД, который имеет две рабочие цепи, питаемые источником

135

возникает ток, направление которого определяется зна­ ком разности величии Ех и Uab. Замыкание цепи через контакты 1 или 2 (рис. 5-7) осуществляется якорем вибра­ ционного преобразователя ВЛ, совершающего колебания вследствие того, что обмотка электромагнита преобразо-

Р и с. 5-7. Схема автоматического электроппого потенциометра.

вателя питается синусоидальным напряжением U1. При этом ток проходит то по одной, то по другой половине первичной обмотки трансформатора Т. В результате во вторичной обмотке трансформатора наводится перемен­ ная э. д. с , фаза которой зависит от направления тока в цепи Ех и, следовательно, от того, какая из величин Ех или UaB больше. Вторичное напряжение трансформатора, усиленное электронным усилителем ЭУ, подается на реверсивный двигатель Д, который перемещает движок в, изменяющий сопротивление г до тех пор, пока Ех не Зфавновесится напряжением Uaa. Статор реверсивного двигателя имеет две обмотки. Одна из них питается от сети переменного тока (127 В, 50 Гц), вторая (управляю­ щая) — от электронного усилителя. Направление вра­ щения поля статора, а следовательно, и короткозамкну-

136

того ротора двигателя изменяется при изменении фазы тока в управляющей обмотке, которая в свою очередь зависит от фазы э. д. с. во вторичной обмотке трансфор­ матора Т. Тот же двигатель Д приводит в движение стрелку показывающего и самопишущего устройства и механизм, регулирующий измеряемую величину.

Рабочий ток компенсатора не должен изменяться при изменении Ех.

При установке и регулировке рабочих токов переклю­ чатель П должен быть в положении Н, При этом ось редуктора двигателя расцепляется .с движком в и сцеп­

току / Р 1 . При отсутствии этой компенсации в цепи вибра­ ционного преобразователя и трансформатора пойдет ток, и во вторичной обмотке трансформатора будет индукти­

Автоматические потенциометры применяются для из­ мерения, записи и регулирования температуры и рабо­ тают совместно с термопарами и радиационными пиромет­ рами. Они применяются для измерений, записи и регу­ лирования ряда других электрических и неэлектрических

нормальному элементу, приводит к необходимости уста­ навливать рабочий ток компенсатора по амперметру класса точности 0,1 или 0,2, вследствие чего точность компенсатора переменного тока обычно невелика. Для уменьшения погрешности установки рабочего тока при­ мерно до 0,02 % применяют компараторы с использова­ нием термопреобразователя.

Перемепиая величина определенной частоты-характе­ ризуется амплитудой и фазой, поэтому и компенсирующее

137

переменное напряжение регулируется по модулю и фазе. Если для изменения фазы используют фазорегуляторы, то потенциометры называются полярными, так как вектор компенсирующего'напряжения определяется в полярных координатах. Если же компенсирующее напряжение со­ стоит из двух составляющих, сдвинутых по фазе на 90°, регулируемых независимо друг от друга, то потенцио­ метры называются прямоугольно-координатными или ком­ плексными.

Впрямоугольно-координатном потенциометре (рис.

5-8, а) имеются две рабочие цепи. Первая состоит из

ного потенциометра (а) и векторная диаграмма потенцио­ метра \б).

вторичной обмотки питающего трансформатора Т, ампер­ метра, реостата г, первичной обмотки воздушного тран­

этой цепи неизменными будут напряжение £/а о на кали­

*поток Ф 1 ? совпадающий с ним по фазе (рис. 5-8, б), а наве­ денная им во вторичной обмотке э. д. с. Е2 отстает по

138

фазе от тока 1г на 90°. Реактивное сопротивление мало по сравнению с активным сопротивлением второй цепи. Поэтому ток / 2 практически совпадает по фазе с э. д. с. Е2 п отстает от 1Х на угол 90°. Напряжение на калиброванной

Средние точки калиброванных проводов О и О' элек­ трически соединены между собой и имеют одинаковый потенциал. Бели установить движок дг в точке О' и пере­ мещать движок дг вправо, то напряжение меяеду движка­ ми, совпадающее по фазе с напряжением Uae, можно отсчитать по шкале.

Если перемещать движок дг в противоположную сто­ рону от точки О, то получим напряжение между движками сдвинутым по фазе на 180° от напряжения Ua5. Аналогично при движке с\, расположенном в точке С, перемещая движок <9а вверх от точки О', получаем напряжение между движками, совпадающее по фазе Е7ВГ; перемещая движок д2 вниз от точки О', получаем напряжение, имеющее противоположную фазу. Полученные напряжения можно представить векторами, расположенными по осям топо­ графической диаграммы (рис. 5-8, а). Если, например,

Таким образом, потенциометр дает возможность опре­ делять модуль и фазу измеряемых э. д. с. и напряжений.

Схема отечественного потенциометра переменного тока типа Р-56 дана на рис. 5-9. Номинальные напряжения потенциометра 1,6 и 0,16 В, рабочий ток его 0,5 А. Этот ток проходит по цепи, состоящей из шунта гш , первичной обмотки воздушного трансформатора ВТ и амперметра класса 0,1 или 0,2.

Параллельно шунту присоединена цепь, состоящая из реохорда с сопротивлением 1 Ом и 15 катушек магазина резисторов (по 1 Ом). Переключатель Пь может находиться в двух положениях — 1 или 0,1. В первом случае идет

139