6. Измерительные мосты и компенсаторы

Измерение токов и напряжения приборами непосредственной оценки производится в лучшем случае с погрешностью 0,05%. Более точное измерение этих величин возможно с помощью при- боров сравнения – компенсаторов. В зависимости от вида изме-

ряемого напряжения различают компенсаторы постоянного и пе- ременного тока.

Компенсаторы постоянного тока

Компенсаторы постоянного тока (КПТ) используются для пря- мого измерения ЭДС и напряжений и косвенного измерения со- противления, тока и мощности. Упрощенная принципиальная схе- ма компенсатора с ручным управлением приведена на рис. 2.21.

Е

^Rрег

К

Контур II

^RК

^RN НИ

Контур I

^+ЕN^_

Контур III

1 2 ^+Ux_

Рис. 2.21. Упрощенная принципиальная схема компенсатора

постоянного тока

На этой схеме можно выделить три контура: контур I нор- мального элемента, в который входят нормальный элемент E_N, образцовое сопротивление R_Nи нуль индикатор НИ; контур II – рабочий, который содержит вспомогательный источник питания компенсатора Е_к (до 2 В), реостат для установки рабочего тока R_рег, магазин сопротивлений R_к и сопротивление R_N; контур III – измерительный, состоит из источника измеряемого напряжения U_x нуль-индикатора и магазина сопротивлений R_K.

У всех компенсаторов декады сопротивлений R_pег, R_N, R_К и пе- реключатель П находятся внутри корпуса прибора, ручки рычаж- ных переключателей декад R_pег, R_К располагаются на панели при- бора. Источник питания компенсатора Е_К, нормальный элемент E_N, нуль-индикатор могут быть встроенными или подключаться снаружи к соответствующим зажимам. Измерение U_x осуществ- ляется в два этапа. Сначала устанавливают ток I_р в рабочей цепи,

величина которого строго определена и неизменна для каждого типа компенсатора. Для этого переключатель П ставится в поло- жение 1 и с помощью ренегата R_рег устанавливают такое значение тока I_р в цепи контура II, при котором падение напряжения, со- здаваемое им на сопротивлении будет равно по величине ЭДС нормального элемента R_N . При этом нуль-индикатор покажет от- сутствие тока в цепи контура I. Для этого случая можно записать

I _p R_N E_N . (2.39)

Затем приступают к измерению напряжения U_x. Для этого пе- реключатель П устанавливают в положение 2 и регулировкой со- противления R_K добиваются компенсации напряжения U_x падени- ем напряжения на участке r сопротивленияR_к от тока I_р. При этом нуль-индикатор покажет отсутствие тока в цепи контура III. С учетом выражения (2.39) можно записать

U_x E_Nr / R_N , (2.40)

где r – значение участка сопротивления R_K при компенсации напряжения U_x.

Погрешность результата измерения будет определяться в ос- новном погрешностью изготовления и подгонкой сопротивлений и R_N и R_K, так как среднее значение ЭДС нормального элемента E_N при температуре 20°С известно с точностью до пятого знака.

Точность установки самого момента уравновешивания опре- деляется чувствительностью применяемого нулевого индикатора. Следовательно, погрешность измерения напряжения компенсато- ром постоянного тока определяют следующие факторы:

• погрешность установки и поддержание неизменным рабоче- го тока;

• погрешность изготовления и подгонка образцового компенса- ционного и регулируемого сопротивлений (R_N, R_K и R_pег);

• чувствительность нуль-индикатора.

Существует девять классов точности компенсаторов постоянного тока: 0,0005; 0,001; 0,002; 0,005; 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2.

Различают высокоомные компенсаторы (10...40 кОм с преде- лом измерения до 1,9 В) и низкоомные (10... 1000 Ом с пределом измерений до 100мВ).

С высокоомными компенсаторами в качестве нуль-индикатора используют гальванометры магнитоэлектрической системы с от- носительно большим критическим сопротивлением. Для низко- омных компенсаторов применяются гальванометры с небольшим критическим сопротивлением.

Компенсаторы используют также для точных косвенных из- мерений токов и сопротивлений. Для измерения тока I_x в иссле- дуемую цепь включается образцовый резистор, сопротивление R_o которого известно с большой точностью, и компенсатором изме- ряется падение напряжения U_x на этом сопротивлении. Ток вы- числяется по формуле I_x = U_x/R_o. Для измерения сопротивления резистора R_x последовательно с ним в исследуемую цепь включа- ется образцовый резистор R_o. Измерив падение напряжения U_o на сопротивлении R_o, расчетным путем находят значение тока в ис- следуемой цепи I = U_o/R_o. Затем, измерив падение напряжения U_x на сопротивлении R_x, получают расчетное значение искомого ре- зистора: R_x=R_oU_x/U_o.