Компенсационный метод измерения

- применяется для очень точных измерений малых ЭДС и падений напряжения. А

Измерительные приборы, принцип действия которых основан на компенсационном методе из­мерений, называют компенсаторами или потенциометрами.

Ниже приведена схема простейшего компенсатора, где:

Е - источник питания рабочей цепи;

R_всп - регулируемое сопротивление, служащее для установки нормального рабочего тока, т.е. тока, при котором производилась градуировка шкалы реохорда R_k;

R_п - образцовое сопротивление;

R_к - комбинированное сопротивление;

Г — гальванометр;

Е_н - нормальный элемент - источник питания, ЭДС которого не изменяется в течении длительного элемента времени его эксплуатации (несколько лет);

П - переключатель на три положения: «О» - ноль; «И» — измерение; «К» - контроль;

Е_x — измеряемая ЭДС.

Прежде, чем приступить к измерению неизвестной ЭДС, следует проверить состояние источни­ка питания рабочей цепи или установить в этой цепи нормальный рабочий ток, т.е. ток, при котором производится градуировка шкалы реохорда R_к. Для этого переключатель «П» ставится в положение «К» (контроль) и, перемещая ползунок реостата R_веп, добиваются нулевого показания гальванометра.

Гальванометр покажет «О» тогда, когда напряжение на образцовом сопротивлении R_п будет скомпенсировано (уравновешено) ЭДС Е_н:

U_н = E_н

Это будет свидетельствовать о том, что в рабочей цепи будет проходить нормальный рабочий ток.

После того, как будет произведен контроль нормального рабочего тока и его установка, присту­пают непосредственно к измерению Е*. Для этого переключатель «П» ставится в положение «И».

Перемещая подвижный контакт реохорда П_к в ту или иную сторону, добиваются нулевого пока­зания гальванометра Г, который покажет «О» тогда, когда измеряемая эдс Е_ч будет скомпенсирована падением напряжения на части сопротивления реохорда R_к, т.е., когда Е_x = U_р.

Зная Ս_p (значение снимается со шкалы реохорда), можно судить о величине измеряемой Е_x

Измерение сопротивлений.

Существует несколько методов измерения сопротивлений:

1. Метод амперметра и вольтметра.

Сущность этого метода измерения R_x заключается в том, что измеряемое сопротивление под­ключается к источнику постоянного тока и с помощью А-метра и V-метра измеряются ток, прохо­дящий через R_x , и напряжение на его зажимах. При этом возможны две схемы подключения измери­тельных приборов.

Недостатки этого метода:

1) требуется много приборов и оборудования;

2) не высокая точность измерения;

3) результат измерения определяется расчетным путем:

2. Метод омметра.

Омметр - это измерительный прибор, служащий для непосредственного измерения сопротивлений.

По устройству простейший омметр представляет собой сочетание измерительного прибора маг­нитоэлектрической системы (микро- или миллиамперметр) с источником питания (батарейкой). Они бывают в основном двух типов:

1) с последовательной схемой подключения с R_х;

2) с параллельной схемой подключения с R_х.

Ниже приведена схема омметра с последовательной схемой соединения с R_х.

Принцип измерения сопротивления с помощью омметра основан на том, что при измерении со­противления цепи будет изменяться и величина тока, проходящая в этой цепи, а, значит, будет измеряться и угол отклонения подвижной части прибора, включенного в эту цепь:

Rx,Ом	0	100	500	1000
I, мA	10	8	5	2	0

Рассмотренный выше омметр, у которого используется однорамочный измерительный меха­низм магнитоэлектрической системы, обладает недостатком - показания такого омметра зависят от величины эдс источника питания.

В процессе эксплуатации омметра эдс источника питания уменьшается, потому и показания омметра при одних и тех же значениях R_x будут разными.

Чтобы не допустить ошибки в процессе измерения , прежде чем приступить к измерению, нужно проверить состояние источника питания, для этого зажимы омметра, к которым подключает­ся, замыкают накоротко и, изменяя R_д, устанавливают стрелку прибора на «О». Если это сделать не удается, то источник питания нужно заменить, и опять произвести установку стрелки прибора на «О». После этого можно приступить к непосредственному измерению сопротивления R_x.

Таким недостатком не обладают омметры, у которых используется двухрамочный измеритель­ный механизм магнитоэлектрической системы, у кото­рых угол отклонения подвижной части прибора (а) пропорционален отношению токов, проходящих по каждой из рамок:

С изменением эдс источника питания, будут од­новременно изменяться токи I₁ и I₂, а их отношение остается неизменным.

Примером такого омметра является мегомметр -прибор, измеряющий большое сопротивление (чаще для измерения сопротивления изоляции)

3. С помощью измерительных мостов.

Измерительный мост-это измерительный прибор относящийся к группе приборов сравнения и применяется для точных измерений малых, средних и больших сопротивлений.

По устройству простейший измерительный мост представляет собой электрический четырех­угольник, состоящий из сопротивлений R₁; Rշ; Rо; R_х, в одной из диагоналей которого включен галь­ванометр Г, в другую - источник питания (батарея с эдс Е).

Сопротивления, входящие в схему, называются плечами моста.

Их можно подобрать так, что потенциалы точек Б и Г будут равны. В этом случае тока в цепи гальванометра не будет. Такое составление схемы называют равновесием моста, а процесс подбо­ра сопротивлений уравновешиванием или балансировкой моста.

При равновесии моста падения напряжений от точки А до то­чек Б и Г равны между собой. Также равны падения напряжений от точек Б и Г до точки В. это записывается так:

Падения напряжения на плечах моста можно выразить, как произведение соответствующих токов и сопротивлений плечей моста:

Подставив значения падений напряжений в равенства, написанные выше, получим:

Разделим одно равенство на другое, получим:

При равновесии схемы ток в гальванометре отсутствует, значит существуют равенства токов:

Произведя сокращение токов в предыдущем равенстве получим:

Следовательно, уравновесив мост, можно вычислить неизвестное сопротивление R_x. Измерение сопротивлений с помощью моста дает ответ с очень большой точностью. Сопротивление R₀ «плечом сравнения», а сопротивления R₁ и R₂ - «плечами отношения» моста. Наиболее распространенным мостом является малый мост типа ММВ.