Схема потенциометра постоянного тока

На рис. 5.1 показана упрощенная схема потенциометра постоянного тока. Измерение напряжения (э.д.с.) ЕХ 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 р R н = Ен и и I р = E н / R н. ( Ен – источник напряжения, э.д.с. которого точно известна. Обычно в качестве источника Ен выбирается нормальный элемент. R н – образцовый резистор, сопротивление которого выбирается в зависимости от рабочего тока потенциометра).

Затем переключить S А в положение “2” и, изменяя сопротивление резистора RX , добиться равенства нулю показаний гальванометра. Тогда Е X = IpRX ,

Чтобы избежать вычислений при каждом из актов измерений удобно выбрать значение RH таким, чтобы отношение E н / R н было числом в виде 10 – n , где n – целое (например: ; ; ). Проградуировав RX в единицах напряжения, определим EX .

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 RH . Перед измерением значение RH корректируется, чтобы компенсировать уход отношения за счет температурных изменений EH . Схема подобного компенсатора представлена на рис. 5.2.

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

(5.1)

S П I – 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.

Схема компенсатора, дающая представление об устройстве этого прибора, приведена на рис.4.24.

Рис.4.24. Схема компенсатора (потенциометра) постоянного тока

Обозначения на рис.4.24: Ен — нормальный элемент, ЭДС которого точно известна; Ех — измеряемая ЭДС; НИ — нуль-индикатор (обычно магнитоэлектрический гальванометр); RH — образцовый резистор, сопротивление которого выби­рается в зависимости от значения рабочего тока компенсатора и значения ЭДС нормального элемента Ен; R — резистор с точно известным регулируемым сопротивлением; R1 — реостат; ВБ — вспомогательный источник тока.

Методика измерения Ех заключается в следующем. Сначала устанавливается определенное для компенсатора значение рабочего тока. Для этого переключатель В должен быть поставлен в положение 1, а сопротивление резистора R1 надлежит изменять до тех пор, пока гальванометр не покажет отсутствие тока. Это будет при I·RX = EX.

Читайте также:  Связать снуд простой начинающему для ребенка

После установления рабочего тока переключатель В должен быть поставлен в положение 2 и при этом перемещением подвижного контакта А резистора R опять необходимо добиться отсутствия тока в гальванометре. Это будет при некотором значении сопротивления Rx. Тогда IRX = EX, где I — ранее установленное значение тока. Этот способ требует постоянства рабочего тока во время измерений.

Точность установления компенсации, а следовательно, и точность измерения компенсатором зависят от чувствительности компенсатора. Чувствительность компенсатора (комплектная)

(4.42)

где SKI = ΔI/ΔEX— чувствительность схемы компенсатора; SI = Δl/ ΔI — чувствительность гальванометра; ΔI — приращение тока в цепи гальванометра, вызванное изменением Ех на ΔЕХ.

Следует учесть, что SKI является переменной величиной, зависящей от сопротивления входной цепи, и в том числе от сопротивления источника измеряемой ЭДС.

Высокая точность измерения компенсатором обусловлена высокой чувствительностью применяемого гальванометра, высокой точностью нормального элемента и резисторов, а также высокой стабильностью вспомогательного источника питания.

Достоинством компенсатора является также отсутствие потребления мощности от источника измеряемой величины в момент компенсации. Именно по этой причине возможно измерение ЭДС с помощью компенсаторов.

Компенсаторы можно использовать для измерения напряжений, превышающих их предел измерений. В этом случае измеряемое напряжение подается на вход компенсатора через образцовый делитель напряжения.

Компенсаторы широко применяют также для точного измерения тока и сопротивления косвенным способом.

Промышленностью выпускались компенсаторы постоянного тока различного назначения, например компенсатор Р332, предназначенный для измерений напряжений до 2,1211111 В с основной допускаемой абсолютной погрешностью ΔU=±(5Ux + 0,01)·10 – 6 В.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: При сдаче лабораторной работы, студент делает вид, что все знает; преподаватель делает вид, что верит ему. 9530 – | 7348 – или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

Лекция 8. Измерение напряжения постоянного тока

Методом сравнения

В приборах для измерения напряжения постоянного тока широкое распространение получили следующие методы сравнения: компенсации и дифференциальный.

Метод компенсации основан на уравновешивании (компенсации) измеряемого напряжения известным падением напряжения на опорном (измерительном) резисторе. Индикаторный прибор регистрирует равенство измеряемой и компенсирующей величин.

Для метода компенсации характерна высокая точность, определяемая точностью меры и чувствительностью индикатора. На этом методе основаны потенциометры, потенциометрические и интегропотенциометрические цифровые вольтметры.

При дифференциальном методе полного уравновешивания не происходит. Прибор измеряет разность между измеряемой величиной и мерой и отградуирован в единицах измеряемой величины. Измеряемая величина определяется по значению меры и показаниям прибора. Этот метод позволяет получить результаты с высокой точностью даже при применении относительно грубых средств измерения разности. Однако осуществление этого метода возможно только при условии воспроизведения с большой точностью меры, значение которой выбирается близким значению измеряемой величины.

Пусть значение измеряемого напряжения ux записывается как , где uобр — значение образцового напряжения (меры); — напряжение некомпенсации, измеряемое измерительным прибором; — погрешность измерения разности .

Читайте также:  Переделать болгарку в штроборез

Так как uобр значительно больше , то относительная погрешность измерения ux значительно меньше относительной погрешности измерения . Если uобр=9,9В, =0,1В, =0,01 (1%), тогда Таким образом, для достижения такой высокой точности можно применять сравнительно грубый прибор. Однако при этом измерении необходимо применять весьма точную меру uобр, значение которой определено еще с меньшей (чем 0,01 %) погрешностью.

Потенциометры постоянного тока

Измерение тока и напряжения аналоговыми приборами непосредственной оценки производится в лучшем случае с погрешностью 0,1%. Более точные измерения можно выполнить методом компенсации. Приборы, основанные на компенсационном методе, называют потенциометрами или компенсаторами. В основном применяются схемы компенсации напряжения или ЭДС (рис. 8.1, а), электрического тока (рис. 8.1, б) и уравновешенного моста. При измерении напряжения наибольшее распространение получила схема компенсации напряжений (рис.8.1, а). В этой схеме измеряемое напряжение их уравновешивается известным напряжением компенсации uk, противоположным ему по знаку. Падение напряжения uk создается током Ip на изменяемом по величине образцовом резисторе RK. Изменение сопротивления резистора RK происходит до тех пор, пока uk не будет равно ux. Момент компенсации (уравновешивания) определяется по отсутствию тока в цепи индикатора И. Изменение напряжения компенсации uk=IpRk можно осуществлять изменением сопротивления RK при неизменном значении рабочего тока Iр.

Рис. 8.1. Структурные схемы компенсации постоянного напряжения (а) и тока (б)

Преимуществом компенсационного метода является отсутствие в момент полной компенсации тока от источника, измеряемой ЭДС в цепи компенсации. В этом случае измеряется именно значение ЭДС, а не напряжение на зажимах источника. Кроме того, отсутствие тока в цепи индикатора нуля позволяет исключить влияние сопротивления соединительных проводов на результат измерений. Выходное сопротивление компенсатора при этом равно бесконечности, т. е. при полной компенсации мощность от объекта измерения не потребляется.

Упрощенная принципиальная схема, лежащая в основе почти всех потенциометров постоянного тока, приведена на рис. 8.2. Она содержит три цепи: цепь образцовой ЭДС, в которую входят источник образцовой ЭДС Еобр, образцовый резистор Rобр и индикатор И; рабочую или вспомогательную цепь, содержащую вспомогательный источник питания Ев, регулировочный резистор Rр, магазин компенсационного сопротивления Rk и образцовый резистор Rобр; измерительную цепь, состоящую из источника измеряемой ЭДС Ех, индикатора И и магазина компенсирующего сопротивления Rk.

Рис. 8.2. Упрощенная принципиальная схема потенциометра постоянного тока

Работа начинается с установки рабочего тока в рабочей цепи компенсатора с помощью вспомогательного источника Еобр. Значение рабочего тока Iр контролируется по ЭДС образцового нормального элемента. Для этого при положении 1 переключателя П с помощью реостата Rp устанавливается такое значение Iр, чтобы падение напряжения, создаваемое им на резисторе Rобр, было равно ЭДС нормального элемента Еобр. При компенсации И покажет отсутствие тока в цепи нормального элемента:

,

где обр — значение образцового резистора Rобр при компенсации ЭДС Еобр.

Для измерения Ех переключатель П ставят в положение 2 и регулировкой компенсирующего резистора Rк вновь доводят до нуля ток в цепи И, при этом , где — значение компенсирующего резистора Rк при компенсации ЭДС Ех.

Читайте также:  Пирамида сделать своими руками схемы

Так как в момент равновесия ток в цепи индикатора отсутствует, то можно считать, что входное сопротивление Rвх потенциометра (со стороны измеряемой ЭДС) равно бе­сконечности, т. е. при компенсации напряжения (ЭДС) Rвх = ∞.

Отсюда видно одно из основных достоинств компенсационного метода измерения — отсутствие потребления мощности от объекта измерения. Из уравнения Ех = Eобр / видно, что неизвестное напряжение сравнивается с образцовой мерой — ЭДС нормального элемента. Среднее значение ЭДС насыщенных нормальных элементов при температуре 20 °С известно с точ­ностью до пятого знака и равно Еобр = 1,0186 В. Так как неизвестная ЭДС Ех связана с ЭДС нормального элемента Еобр отношением , то, следовательно, точность результата измерения определяется точностью изготовления и подгонки образцового Rобр и компенсирующего Rk резисторов.

Точность установления момента уравновешивания определяется чувствительностью нулевого индикатора.

Следовательно, точность компенсационной схемы определяется точностью установки и поддержания рабочего тока Iр, точностью изготовления и подгонки образцового Rобр и компенсирующего Rk резисторов, чувствительностью индикатора.

Одной из основных характеристик потенциометра является его чувствительность. Под чувствительностью S потенциометра понимают S = Sи Sк, где Sи — чувствительность индикатора; Sк — чувствительность компенсационной цепи.

Чувствительность индикатора определяется применяемым измерителем, следовательно, для определения S необходимо найти чувствительность компенсационной цепи Sк. Чувствительность компенсационной цепи определяется отношением приращения тока в индикаторе , возникающего при появлении в уравновешенной цепи приращения ЭДС , к этому приращению, т. е. Sк = .

Приращение тока где Rи — сопротивление индикатора; Rx — сопротивление источника измеряемой ЭДС Ех. Следовательно, чувствительность потенциометра

Чувствительность схемы должна выбираться в строгом соответствии с допустимой погрешностью измерения при условии .

Это выражение позволяет определить необходимую чувствительность нулевого указателя Sи > 1/ Sк. В качестве нулевых указателей применяются высокочувствительные приборы непосредственной оценки, автокомпенсационные и фотокомпенсационные усилители и др. В качестве компенсирующего резистора Rк применяются образцовые магазины сопротивлений. Образцовый резистор Rобр конструктивно представляет собой магазин сопротивлений, состоящий из двух частей: неизменного сопротивления и так называемой температурной декады . Эта декада позволяет регулировать в соответствии с действительным значением ЭДС Еобр при данной температуре, что обеспечивает точную установку рабочего тока Iобр.

По значению сопротивления измерительной цепи потенциометры делятся на низкоомные и высокоомные. Низкоомные потенциометры (с сопротивлением менее 1000 Ом) применяются для измерения малых напряжений (до 100 мВ), высокоомные (с сопротивлением более 1000 Ом) — для из­мерения напряжений до 1 — 2,5 В.

Компенсационный метод измерения принадлежит к числу наиболее точных. Потенциометры постоянного тока выпускаются классов точности 0,0005; 0,001; 0,002; 0,005; 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2.

По способу введения компенсирующей величины потенциометры делятся на неавтоматические, полуавтоматические и автоматические. В неавтоматических компенсаторах большая часть измеряемого напряжения компенсируется вручную, а оставшаяся часть — автоматически.

Оставьте ответ

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *