Потенциометры постоянного тока.

Рис. 1.                                                Рис. 2.

На рис. 1 показана упрощенная схема потенциометра постоянного тока. Измерение напряжения  (э.д.с.)  Е_Х   осуществляется в два этапа. Сначала устанавливается рабочий ток I в цепи U_П, R_п, R_H, R, при этом переключатель SA  должен быть поставлен в положение “1”. и, изменяя   сопротивление   резистора   R_п, добиться нулевых   показания  нуль  индикатора (НИ),  в качестве которого обычно используется магнитоэлектрический гальванометр. При этом I_рR_н = Е_н и и  I_р = E_н /R_н. ( Е_н -  источник напряжения, э.д.с. которого точно известна. Обычно в качестве источника Е_н выбирается нормальный элемент. R_н – образцовый резистор, сопротивление которого выбирается в зависимости от рабочего тока потенциометра).

Затем переключить SА в положение “2” и, изменяя сопротивление резистора R_X, добиться равенства нулю показаний гальванометра. Тогда Е_X = I_pR_X ,отсюда Е_X = E_нR_X / R_н.

Чтобы избежать вычислений при каждом из актов измерений удобно выбрать значение R_H таким, чтобы отношение  E_н/ R_н  было числом в виде 10^- n , где n –целое (например:  ;  ;  ).  Проградуировав R_X в единицах напряжения, определим E_X.

При изменении температуры, хотя и слабо, изменяется ЭДС нормального элемента и   уходит от 10^-n . Для устранения этого служит небольшой переменный резистор, который вместе с постоянным резистором входит в состав R_H. Перед измерением значениеR_H корректируется, чтобы компенсировать уход отношения   за счет температурных изменений E_H. Схема подобного компенсатора представлена на рис. 2.

Точность установления момента компенсации, а, следовательно, и точность измерения зависят от чувствительности потенциометра S_П

S_ПI – чувствительность схемы потенциометра;   – чувствительность гальванометра;   – приращение тока в цепи изменением   на  ;   – является переменной величиной, зависящей от сопротивления входной цепи и в том числе от R источника измеряемой ЭДС.

Высокая точность компенсатора обусловлена высокой чувствительностью гальванометра, высокой точностью резисторов, и стабильностью вспомогательного источника питания.

Резисторы могут быть выполнены с погрешностью не более 0,001%. ЭДС - с такой же погрешностью.

Классы точности компенсаторов постоянного тока от 0,0005 до 0,5.

Верхний предел измерения не превосходит 1,5 – 2,5 В. Нижний предел может составлять единицы нановольт. Если вместо нормального элемента используется источник питания, то верхний предел можно повысить до десятков вольт.

Одно из достоинств: отсутствие потребления мощности от источника измеряемой величины в момент компенсации. Поэтому можно измерять ЭДС с помощью потенциометров. Для измерения высоких напряжений применяют схему с делителем напряжения, что приводит к потреблению мощности от источника  .

Потенциометры используются для измерения тока и напряжения.

3. Электронные аналоговые и цифровые приборы и информационно-измерительные системы. Приборы термоэлектрической системы.

Принцип действия приборов термоэлектрической системы основан на использовании электродвижущей силы, возникающей в цепи, состоящей из разнородных проводников, если место соединения этих проводников имеет температуру, отличную от температуры остальной части этой цепи.

На рис. 1 дана схема прибора термоэлектрической системы.

Измеряемый ток проходит по металлической нити 1, к которой припаяны или приварены два разнородных проводника 2, например железо и константен. Свободные концы проводников 2 присоеди­нены к металлическим колодкам 3, хорошо отводящим тепло. К колодкам подключается магнитоэлектрический измерительный прибор 4. Когда по нити 1 проходит ток, сама нить и место спая ее с про­водниками 2 (точка 5) нагреваются. Точка 5 представляет собой горячий спай термопары. Металлические колодки 3 являются холодными спаями термопары. Вследствие разности температур в замкнутом контуре возникает термо-э. д. с, которая создает в этой цепи ток. Направление термотока будет всегда одно и то же независимо от направле­ния измеряемого тока. Количество тепла, выделен­ного в горячем спае термопары, согласно закону Джоуля — Лен­ца, пропорционально квадрату тока. Поэтому шкала применяе­мого в этой системе магнитоэлек­трического прибора неравномер­на. Для получения равномерной шкалы магнитное поле магнито­электрического прибора делают неоднородным. Термо-э. д. с. одной термопары не превышает 15 мв, что требует установки весьма чувствительного магнитоэлектриче­ского прибора. Чтобы увеличить величину термо-э. д. с, соеди­няют несколько термопар последовательно в термобатарею. Чувствительные термоэлектрические приборы изготовляются с термопарой, помещенной в вакуум. Приборы термоэлектрической системы чувствительны к пере­грузкам: даже при кратковременной перегрузке на 10% нагрева­тельная нить может перегореть. Точность прибора довольно высока, что дает возможность строить их в классах 0,5 и 1. Приборы тер­моэлектрической системы получили наибольшее применение для измерения малых значений переменных токов в цепях повышенной и высокой частоты.