книги из ГПНТБ / Электрические измерения. Общий курс учебник

падения напряжений па участках Д / О и Д20. При отсутствии тока в нуль-нпдикаторе геометрическая сумма этих падений напряжений (tanna но модулю измеряемому напряжению Ux, по сдвинутая по отношению к ному па 180°.

Величину и фазу вектора Ux можно найти по составляющим, пользуясь следующими выражениями:

ческие амперметры могут обеспечить измерение тока с погреш­ ностью 0,05—0,1%. Кроме того, они имеют ограниченный частот­ ный диапазон. Можно значительно повысить точность установки рабочего тока потенциометра (примерно до 0,02%) и, следовательно, точность измерения, применяя для установки рабочего тока потен­ циометр, производящий сравнение постоянного тока с действующим

ветственно этому значению тока выбрано сопротивление ?>. Затем переключатель

переключатель 112 ставится в положение 2, замыкается ключ К, чем достигается неизменность тока / (сопротивление г0 должно быть точно равно сопротивлению

250

нагревателя термопары). Регулируя сопротивление га , добиваются прежнего показания нуль-индикатора, которое очевидно будет при равенстве действующего значения переменного тока I~ постоянному току / .

Jla pue. 181 приведена принципиальная схема потенциометра типа Р5(і. Потенциометр прямоугольно-координатный имеет два предела измерения: 1,6 и 0,16 В. Рабочий ток потенциометра, протекающий через шунт г,, создает падение напряжения, находящееся в фазе с рабочим током потенциометра. Компенсирую­ щее напряжение синфазной цепи создается на 15 сопротивлениях гъ и реохорде jr. Квадратурная составляющая создается также на 15 сопротивлениях г, и реохорде ;/. Необходимые падения напряжении на реохордах х и у получаются путем под­ гоночных сопротивлений г4 и г„. Изменение пределов измерения производится переключателями 111 и 112, при помощи которых вводятся піунты / 2 и гя, изменяющне компенсирующие напряжения в 10 раз. Д л я устранения отклонения сдвига

ІѴхі

Рис. 181. Принципиальная схема прямоугольно-коорди­ натного потенциометра переменного-тока тина Р56

фаз между компенсирующим напряжением квадратурной цепи и рабочим током от 90° вследствие индуктивности вторичной обмотки «воздушного» трансформа­ тора предусмотрены конденсатор С и сопротивление г1 ( ) , включенные последова­ тельно с сопротивлением г п . Сопротивление г и необходимо для сохранения гра­ дуировки шкалы квадратурного делителя (сопротивления г, и реохорда у) при изменении частоты в пределах 40—60 Гц. Сопротивление г ц отградуировано не­

потенциометра относительно земли. Расширение пределов измерения потенцио­

33. Автоматические мосты и потенциометры

Автоматические мосты. Мосты с автоматизированным процессом уравновешивания называются автоматическими мостами; они находят широкое применение для непрерывных показаний и регистрации

251

измеряемых величин. Автоматические мосты с дополнительным регулирующим устройством применяются для автоматического уп­ равления производственными процессами. В настоящее время ши­ роко распространены автоматические мосты для измерения, регистра­ ции и регулирования температуры различных объектов. В качестве измерительного преобразователя температуры в электрическое со­ противление в этих мостах применяются термометры сопротивления (см. гл. 8).

Принципиальная схема автоматического моста для измерения активного сопротивления приведена на рис. 182.

Как видно из схемы, в два плеча моста включены части г' и г"

При вращении ротор передвигает ползунок реохорда в сторону дости­ жения равновесия моста и одновременно поворачивает указатель, а при записи измеряемой величины перемещает перо, записывающее на диаграмме ее значение. Очевидно, что ротор двигателя будет вра­ щаться до достижения равновесия моста.

Если автоматический мост предназначен для управления, то контактные или регулирующие устройства приводятся в действие тем же двигателем.

Приборостроительная промышленность выпускает различные типы автоматических мостов, различающиеся по габаритам, числу реги­ стрируемых измеряемых величин и другим признакам. Погрешность автоматических мостов ие превышает ± 0 , 5 % , а в некоторых случаях и ± 0 , 2 % от предела измерения.

Автоматизация процесса уравновешивания в мостах переменного тока значительно сложнее. Автоматические мосты переменного тока для измерения и регистрации значения комплексного сопротивления должны иметь два регулирующих элемента (двигателя), которые обес­ печивают два условия равновесия моста по модулю и по фазе. По

252

точности автоматические мосты переменного тока уступают мостам постоянного тока.

Автоматические потенциометры постоянного тока. Для измере­ ния потенциометром постоянного тока э. д. с. Ех необходимо уста­ новить рабочий ток и подобрать такие значения сопротивлений на де­ кадах потенциометра, при которых гальванометр отметит отсутствие тока, т. е. осуществить компенсацию Ех. Процессы установки рабо­ чего тока и компенсации Ех могут быть автоматизированы, что упро­ щает пользование прибором, ускоряет процесс измерения Ех и, как будет видно из дальнейшего, позволяет непрерывно регистрировать

изводятся автоматически, называются автоматическими потенцио­ метрами постоянного тока.

Автоматические потенциометры применяются для измерения электрических и неэлектрических величин, которые могут быть пред­ варительно преобразованы в напряжение или э. д. с. постоянного тока.

Процесс уравновешивания в автоматических потенциометрах мо­ жет осуществляться как непрерывно (потенциометры со следящей системой уравновешивания), так и периодически (потенциометры с развертывающим уравновешиванием или динамической компенса­ цией). Чаще всего применяются потенциометры с непрерывным урав­ новешиванием. Они в свою очередь могут быть разделены на две группы: потенциометры с полным уравновешиванием, или с астати­ ческой характеристикой, и потенциометры с неполным уравновеши­ ванием, или со статической характеристикой.

В настоящее время выпускаются автоматические потенциометры с полным уравновешиванием различных типов и форм записи. За­ пись измеряемой величины производится на дисковой диаграмме или

ричной обмотке трансформатора Тр создается переменное напряже­ ние, величина которого зависит от разности AU, а фаза — от ее знака.

Устройство и работа вибрационного преобразователя заключа­ ются в следующем. Под действием переменного магнитного потока, создаваемого током обмотки, которая питается от источника напря­ жения Ux переменного тока, подвижная часть преобразователя, вы­ полненная в виде бронзовой пластинки с укрепленной на ней пласти­ ной из ферромагнитного материала, непрерывно колеблется, пооче­ редно замыкая контакты К1 и К2. Вследствие этого при неравенстве Ех и и6г во вторичной обмотке трансформатора Тр возникает напря­ жение переменного тока. Это напряжение усиливается усилителями

253

а при наличии их некоторой разности. Это вызывает погрешность потенциометра. Следует отметить, что в настоящее время для пре­ образования постоянного тока к переменный получили применение и электронные преобразователи (модуляторы).

~ и

ум УН

Рпс. 183. Принципиальная схема автоматического потенцио­ метра постоянного тока

Компенсирующее напряжение U,-г зависит, очевидно, от напря­ жения Uв вспомогательного источника питания, в качестве которого обычно применяется сухой элемент с изменяющимся с течением времени напряжением, что вносит некоторую погрешность в измере­ ние. Для устранения этой погрешности в автоматических потенцио­ метрах предусматриваются периодическая проверка и подрегулиров­ ка рабочего тока при помощи нормального элемента. В схеме рис. 183 для этой цели служат нормальный элемент Еп и переключатель II. Если переключатель П поставить в левое положение, то э. д. с. нор­ мального элемента будет сравниваться с падением напряжения на сопротивлении г3 . Если до момента сравнения напряжение Un вспо­ могательного источника изменилось, то падение напряжения на со­ противлении г3 не будет равно э. д. с. нормального элемента и на вторичной обмотке трансформатора Тр появится напряжение, кото­ рое приведет в действие реверсивный двигатель РД.

Переключатель П выполнен в виде кнопки таким образом, что при ее нажатии одновременно с включениемнормального элемента ось редуктора двигателя расцепляется с ползунком реохорда г и сцепляется с ползунком реостата который регулирует рабочий ток потенциометра, При нажатой кнопке II двигатель, очевидно, будет работать до тех пор, пока падение напряжения на г3 не станет равным э. д. с. нормального элемента и, следовательно, установится требуе-

254

мый рабочий ток потенциометра (в плечах моста). В выпускаемых приборостроительными заводами автоматических потенциометрах погрешность не превышает ± 0 , 5 % . Время прохождения стрелкой всей шкалы прибора составляет 0,5—8 с.

Для автоматического регулирования и управления производст­ венными процессами в некоторых потенциометрах предусматри­ ваются контакты и регулирующие устройства, которые приводятся в действие роторолі реверсивного двигателя.

Кроме рассмотренных выше автоматических потенциометров с полным урав­ новешиванием (с астатической характеристикой), применяются автоматические потенциометры с неполным уравновешиванием (со статической характеристикой). На рис. 184 приведена нринцлппальная схема такого потенциометра. Как видно \ѵл схемы, потенциометр этого тина представляет собой по существу усилитель постоянного тока (УНТ), охваченный отрицательной обратной связью. Дл я схемы рис. 184 справедливы соот-

В этом случае непостоянство коэффициента преобразования всей цепи опре­ деляется только непостоянством сопротивления резистора в обратной связи. Резистор г,і.'с, может быть выполнен из манганина, т. е. очень стабильным.

Иногда стабильность коэффициента преобразования схемы с усилителем, ох­ ваченным отрицательной обратной связью, характеризуется так называемым стати змом кс системы. Статизмом. системы называется отношение токов на выходе усилителя при наличии и отсутствии обратной связи, при одном и том же вход­ ном сигнале Ux. Если обозначить через / ' ток усилителя при включенной обратной

Если выполняется условие кс > 1, то выражение (157) совпадает с выраже­ нием (156).

255

В практике измерительного электроприборостроения в качестве усилителя постоянного тока в схеме рис. 184 применяются различные варианты гальванометрических усилителей (потенциометров), которые вследствие высокой чув­ ствительности гальванометра могут измерять весьма малые токп и напряжения .

На рис. 185 представлена принципиальная схема потенциометра, в которой использован гальванометр с фотоэлектрическим преобразователем. На подвиж­ ной части гальванометра Г укреплено миниатюрное зеркальце, на которое направляется луч света от лампочки Л. При повороте подвижной части гальва­ нометра луч света попадает на фотосопротивление ФС. Ток в фотосопротнвленип

Такие потенциометры по своим характеристикам значительно превосходят магнитоэлектрические зеркальные гальванометры, имеют значи­

тельно меньшее время успокоения, позволяют осуществлять запись при помощи самопишущих приборов и могут измерять очень малые постоянные токи. По­ мимо гальванометрических усилителей с использованием фотоэлементов или фотосопротнвленнй, применяются гальваномотрпческне усилители с преобра­ зователями взаимной индуктивности п термоэлементами.

При использовании компенсационного принципа, как это вытекает из рас­ смотренной выше теории, практически устраняется погрешность от нестабиль­ ности усилителя, сопротивления нагрузки п других факторов. Однако при этом снижается чувствительность. Можно создать гальвапометрнчеекпи усилитель без обратной связи, чем достигается еще более высокая чувствительность, но при этом изменения параметров схемы под действием различных внешних факторов (изме­ нения температуры окружающей среды, колебания напряжения вспомогатель­ ного источника питания и др.) вносят погрешность в измерения.

Автоматические потенциометры переменного тока. Автоматические потенциометры переменного тока в работе значительно удобнее по­ тенциометров с ручным уравновешиванием, и область их примене­ ния более широкая, так как они позволяют производить непрерывные точные измерения Ux. Автоматические потенциометры, как и руч­ ные, могут быть полярно-координатными и прямоугольно-коорди­ натными.

На рис. 186 показан принцип устройства автоматического поляр­ но-координатного потенциометра. Как видно из схемы, измеряемое напряжение Ux уравновешивается компенсирующим напряжением UK. Так как для достижения равновесия компенсирующее напря­ жение должно быть равно по значению и противоположно по фазе измеряемому, делитель г питается от фазорегулятора ФР, ротор которого связан с ротором реверсивного двигателя Д1 переменного тока.

Фазочувствительный усилитель У1 реагирует на разность фаз измеряемого и компенсирующего напряжений. При наличии до-

256

поліштелыюго к 180° сдвига между векторами Ux и UK ротор дви­ гателя Д1 придет во вращение и будет поворачивать ротор фазоре­ гулятора ФР до тех пор. пока вектор Us; не окажется точно в протпвофазе с вектором Ux.

Усилитель У2 реагирует на абсолютную величину АСУ. Ротор дви­ гателя//^ вращается до тех пор, пока не наступит равенства по абсо­

ния, что один из двигателей будет приходить в действие от состав­

Двигатели будут работать до тех пор, пока имеются эти состав­ ляющие, т. е. до момента уравновешивания измеряемого напряже­ ния Ux компенсирующим напряжением UK. На практике вследствие непостоянства параметров цепей усилителей, изменения частоты ис­ точника питания и других причин составляющие, па которые реаги­ руют двигатели, могут оказаться сдвинутыми по фазе относительно UKX и Umj на некоторые углы. В этом случае между компенсирую­ щими элементами образуются дополнительные обратные связи, т. е. получаются взаимные влияния компенсирующих цепей. Однако, если эти сдвиги не превосходят некоторой величины, устойчивая работа потенциометра не нарушается.

Вследствие инерционности двигателей процесс уравновешивания завершается за 3—4 с.

Глава седьмая

ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНЫХ ВЕЛИЧИН

34. Общие сведения

Задачи магнитных измерений. Область электроизмерительной техники, которая занимается измерениями магнитных величин, обыч­ но называют магнитными измерениями. С помощью методов и аппара­ туры магнитных измерений решаются в настоящее время самые раз­ нообразные задачи. В качестве основных из них можно назвать следующие: измерение магнитных величин (магнитной индукции, маг­ нитного потока, магнитного момента и т. д.); определение характери­ стик магнитных материалов; исследование электромагнитных меха­ низмов; измерение магнитного поля Земли и других планет Вселен­ ной; изучение физико-химическііх свойств материалов (магнитный анализ); исследование магнитных свойств атома и атомного ядра; определение дефектов в материалах и изделиях (магнитная дефекто­ скопия) и т. д. Несмотря на разнообразие задач, решаемых с помощью магнитных измерений, определяются обычно всего несколько основ­ ных магнитных величин. Причем во многих способах измерения маг­ нитных величин фактически измеряется не магнитная, а электриче­ ская величина, в которую магнитная преобразуется в процессе измерения. Интересующая нас магнитная величина определяется рас­ четным путем на основании известных зависимостей между магнит­ ными и электрическими величинами. Теоретической основой подоб­ ных методов является второе уравнение Максвелла, связывающее магнитное поле с полем электрическим, которые являются двумя проявлениями особого вида материи, именуемого электромагнитным полем.

Настоящая глава знакомит читателя лишь с некоторыми спосо­ бами определения основных магнитных величин и характеристик магнитных материалов.

258