книги из ГПНТБ / Сафонов А.С. Специальная электротехника учеб. для воен.-мор. команд.-инженер. училищ

коятки не менее 120 об/мин прибор развивает напря­ жение 500 В и дает правильные показания.

На рис. 14.12, а изображена схема фазометра элек­ тродинамической системы. Неподвижная катушка логометра включена последовательно с приемником элек­ троэнергии. В цепь одной из подвижных катушек вклю­ чен резистор с сопротивлением г, а в цепь другой — резистор с реактивным сопротивлением xL. В результате сила тока І\ в первой катушке совпадает по фазе с на­ пряжением, а во второй — сила тока / 2 отстает от на­

зависит от фазового угла сдвига между силами токов и напряжением цепи. Поэтому шкала прибора градуи­ руется в единицах ср или cos 9. Показания таких фазо­ метров зависят от частоты. Для устранения этого недо­

Самопишущие приборы представляют собой электро­ измерительные приборы, которые помимо измеритель­ ного механизма имеют еще дополнительные устройства, позволяющие записывать на бумажной ленте значения измеряемой величины. По характеру записи приборы изготовляются с непрерывной записью и с точечной записью, причем первые наиболее распространены.

На рис. 14.13 изображен общий вид самопишущего прибора с непрерывной записью. Подвижная часть этого прибора помимо стрелки указателя снабжена пером, не­ прерывно записывающим чернилами на движущейся бу­ мажной ленте значения измеряемой величины. Лента, обычно помещаемая в виде рулона на катушке в верх­ ней части прибора, автоматически протягивается сверху вниз и с нанесенной пером кривой наматывается с по­ мощью специального механизма на нижнюю катушку.

291

В качестве привода для протягивания лепты, как пра­ вило, применяется небольшой однофазный синхронный электродвигатель. Для движения ленты по ее краям де­ лают перфорацию.

Самопишущие приборы обычно изготовляются маг­ нитоэлектрической и ферродинамической систем, так как приборы этих систем имеют большой вращающий мо­ мент, необходимый для движения стрелки и пишущего

приспособления. Магнито­ электрические самопишущие приборы применяются глав­ ным образом в качестве вольтметров и амперметров, а ферродинамические — в качестве вольтметров, ам­ перметров, ваттметров, фа­ зометров и некоторых дру­ гих приборов.

Г а л ь в а н о м е т р ы

Гальванометрами назы­ ваются электроизмеритель­ ные приборы, имеющие вы­

сокую чувствительность к току или напряжению и снаб­ женные неградуированной шкалой. В большинстве слу­ чаев они применяются в качестве нулевых приборов, т. е. приборов, предназначенных для указания отсутст­ вия тока при измерении в мостовых и потенциометрических схемах или напряжения между какими-либо точ­ ками схемы. Гальванометры применяются также для непосредственного измерения малых сил токов, напряже­ ний и импульсов токов, т. е. количества электричества.

Гальванометры бывают зеркальные и стрелочные. Первые имеют световой указатель, а вторые — указа­ тель в виде ножевидной стрелки или внутренний свето­ вой указатель. Стрелочные гальванометры уступают зер­ кальным в чувствительности, но они удобны в обраще­ нии и поэтому широко применяются. Ниже на рассмо­ трении стрелочных гальванометров и остановимся.

Стрелочные гальванометры в большинстве случаев представляют собой магнитоэлектрические приборы, ко­ торые по устройству и принципу действия аналогичны

292

ранее рассмотренным приборам магнитоэлектрической системы. В конструктивном отношении стрелочные галь­ ванометры отличаются от обычных магнитоэлектриче­ ских приборов тем, что их рамка укрепляется на рас­ тяжках, чем достигается более высокая чувствитель­ ность. Другой особенностью стрелочных гальванометров является то, что у них нет магнитного успокоителя, так как подвижная рамка в гальванометрах изготовляется бескаркасной.

Стрелочные гальваномет­ ры применяются как в качестве нулевых приборов в мо­

стовых и потенциометрических схемах, в частности при измерении сопротивлений, так и для измерения малых величин постоянного тока.

§ 14.10. МОСТЫ

Мосты являются электроизмерительными приборами сравнения. Они бывают постоянного и переменного тока.

М о с т ы п о с т о я н н о г о т о к а

Мосты постоянного тока разделяются на две основ­ ные группы: а) одинарные мосты, которые могут быть уравновешенными и неуравновешенными; б) двойные мосты. Одинарные уравновешенные мосты широко ис­ пользуются для измерения сопротивлений, а неуравнове­ шенные применяются в основном при измерении неэлек­ трических величин электрическими методами. Двойные мосты постоянного тока используются при измерении ма-

293

лых сопротивлений, когда необходимо устранить влияние сопротивления соединительных проводов и контактов на правильность результатов измерений, в частности сопро­ тивлений проводов, обмоток электрических машин и трансформаторов.

Одинарный мост постоянного тока (рис. 14.15) со­ стоит из четырех резисторов с известными сопротивле­ ниями Г\, Г2, г3 и неизвестным г*, источника питания, гальванометра Г и двух выключателей Ki и /С2- Рези­ сторы, входящие в схему, называются плечами моста.

Сила и направление тока в гальванометре зависят от соотношения сопротивлений плеч моста, которые вклю­ чены в виде замкнутого четырехугольника. Известные сопротивления можно подобрать так, что при замыкании выключателей Ki и Кч ток через гальванометр не пойдет и его стрелка будет стоять на нуле. Процесс подбора со­ противлений плеч для достижения такого положения на­ зывается уравновешиванием моста. При равновесии мо­

294

Для удобства вычислений отношения сопротивлений

лируемый резистор (магазин сопротивлений) с четырьмя декадами различных сопротивлений.

На практике часто применяется одно из видоизмене­ ний уравновешенного моста, так называемый линейный мост, схема которого показана на рис. 14.16. Мост со­ стоит из калиброванной проволоки АС, по которой пере­ мещается движок, резисторов с известным сопротивле­ нием г и неизвестным сопротивлением гх, источника пи­ тания и выключателя. При измерении движок устанав­ ливается в такое положение, чтобы тока в гальваномет­ ре не было. При этом условии величину искомого сопро­ тивления определяют по выражению

моста, что дает возможность определять отношение не­ посредственно по положению движка.

Отечественной приборостроительной промышленно­ стью выпускаются различные типы уравновешенных мо­ стов. Наиболее широко применяются универсальные мо­ сты типов УМВ и РЗЗЗ, предназначенные для измерений сопротивлений от 5.10~3 до 1.10е Ом и для определения мест повреждения в кабельных линиях. В качестве ли­ нейных мостов применяются мосты типа ЛМВ с преде­

обычно выполняются в виде рычажных магазинов, соеди­ ненных между собой, резисторы г3 и г4 — в виде штеп­ сельных магазинов. Резисторы г0 и гх соединяются меж­ ду собой специальным медным проводом П большого се­ чения и малого сопротивления. Дополнительными эле­ ментами моста являются регулировочный реостат гр , амперметр и источник питания.

При измерениях сопротивления плечи моста устанав­ ливаются таким образом, чтобы сопротивления гх = г2,

295

г3 = г4 и г0 предположительно было равно гх. Затем, за­ мыкая ключ К\, устанавливают реостатом гр по возможно­ сти большую силу тока /, допустимую для гх и г0 . После этого, изменяя сопротивление образцового резистора г0 , добиваются установки стрелки гальванометра на нуль. Если же при включенных ги г2 , г3 и г4 стрелка гальвано­ метра не устанавливается на нулевое положение, то из­ меняют величины этих сопротивлений и снова добива­ ются равновесия моста.

Рис. 14.17. Схема двойного моста

Условие равновесия моста на основании второго за­ кона Кирхгофа определится следующими уравнениями:

V * + hr<i - hrx = 0; V o - h'% + hr, = 0.

Эти уравнения могут быть преобразованы и записаны так:

Так как при равновесии моста U = h и h — h, то, раз­ делив почленно эти равенства и произведя необходимые преобразования, получим

На практике находят применение двойные мосты раз­ личных конструкций. В частности, двойные мосты типа МТ-5 с пределами измерения от 10- 5 до 100 Ом. В каче-

296

стве источника питания в этих мостах используются ак­ кумуляторные батареи соответствующего напряжения. Кроме того, промышленностью изготовляются комбини­ рованные мосты, например одинарно-двойные мосты типа Р329, предназначенные для точных измерений со­ противлений величиной от 10~6 до 106 Ом. Питание мо­ ста осуществляется от источника постоянного напря­ жения.

М о с т ы п е р е м е н н о г о т о к а

Мосты переменного тока нашли широкое применение для измерения емкости, индуктивности, взаимоиндуктив-

>3 >4

0 ю 0-

Рис. 14.18. Схема моста переменного тока

ности и частоты. На рис. 14.18 приведена принципиаль­ ная схема моста переменного тока. Плечами моста яв­

или чисто активными. В качестве нулевых приборов в мостах переменного тока применяются вибрационные гальванометры и телефоны, а иногда детекторные или ламповые вольтметры и электронные гальванометры. Пи­ тание мостов при измерении больших емкостей и индуктивностей обычно осуществляется от сети переменного тока частотой 50 Гц, а при измерении малых — от источ­ ников повышенной частоты.

При равновесии моста переменного тока, как и при равновесии моста постоянного тока, потенциалы точек В

297

и D должны быть одинаковы и, следовательно, должно иметь место:

/XZX = l3Z3, I\Z2 — h^i-

Разделив почленно эти равенства и сделав соответ­ ствующие преобразования, получим условие равновесия моста переменного тока:

Так как комплексы полных сопротивлений плеч моста

7—2 p№>- 7 z Pj9t

то выражение (14.26) может быть написано в следую­ щем виде

Отсюда следует, что равновесие моста переменного тока может быть обеспечено только при выполнении двух условий:

быть уровновешен только при определенном виде сопро­ тивлений плеч моста. В частности, если два соседних ле­ вых плеча содержат только активные сопротивления, то правые плечи моста должны иметь однородные реактив­ ные сопротивления. По такому принципу построены, на­ пример, мосты для измерений индуктивностей и емко­ стей. Во-вторых, для уравновешивания мостов перемен­ ного тока необходима неоднократная попеременная регу­ лировка не менее двух параметров схемы. Свойство мо­ ста, обусловливающее число необходимых для уравнове­ шивания регулировочных операций, называется сходимо­ стью моста. Если сходимость плохая (большое число ре-

298

гулировочных операций), то это ведет к удлинению про­ цесса измерения. В-третьих, возможно построение уни­ версальных мостов постоянного и переменного тока, ко­ торые позволяют измерить все параметры электрических цепей и другие величины.

§ 14.11. ОСЦИЛЛОГРАФЫ

Осциллографы применяются для исследования быстроменяющих­ ся электрических величин, например силы гока и напряжения. По принципу действия они разделяются на электромеханические и элек­ тронные. Первые обычно строятся по принципу магнитоэлектриче­ ских приборов, а в электронных используется свойство пучка элек­ тронов, движущихся в электрическом поле. Электромеханические осциллографы применяются для исследования электрических вели­ чин сравнительно небольшой частоты, а электронные — для исследо­ вания электрических величин в большом диапазоне частот.

Э л е к т р о м е х а н и ч е с к и е о с ц и л л о г р а ф ы

Устройство электромеханического осциллографа схематически показано на рис. 14.19. Он состоит из трех основных частей: вибра-

5

Рис. 14.19. Схема устройства осциллографа и вид осцилло­

граммы

тора, оптической системы и приспособления для наблюдения и фо­

тографирования исследуемой электрической величины.

Действие осциллографа заключается в следующем. Исследуе­ мый ток пропускается по натянутой металлической петле (шлей-

299