Приборы для измерения электрических величин

Для измерения электрических сигналов в виде активного сопротивления применяют автоматические мосты, логометры и цифровые приборы. Для измерения электрических сигналов в виде ЭДС применяют автоматические потенциометры, милливольтметры и цифровые приборы.

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СХЕМЫ ПРИБОРОВ

Мостовые измерительные схемы. В измерительных схемах (ИС) приборов и систем дистанционной передачи показаний (СДПП) широко применяются мостовые измерительные схемы. По принципу действия они подразделяются на мостовые неуравновешенные и уравновешенные мостовые схемы, причем последние являются модификацией первых.

Свойство мостовых схем заключается в том, что если произведение сопротивления противоположных плеч равно друг другу, то ток и падение напряжения на концах измерительной диагонали отсутствуют. Схема в этом случае уравновешена. Для схемы, показанной на рис. 2.2, а, уравнение равновесия имеет вид

R₁R_X = R₂R₃

где R₁, R₂, R₃ ~— постоянные сопротивления; R_x — измеряемое сопротивление.

При изменении сопротивления R_x уравнение нарушается. По измерительной диагонали начинает протекать ток, а в точках А и С появляется падение напряжения, причем их значения пропорциональны степени разбаланса, т.е. изменению сопротивления R_x, Таким образом, в неуравновешенной измерительной схеме измерения возможно проводить только при разбалансе схемы (нет соблюдения уравнения равновесия).

Мостовая неуравновешенная измерительная схема (рис. 2.2, а) состоит из четырех плеч АВ, ВС, CD и DA, которые образованы тремя постоянными сопротивлениями R_l, R₂, R₃ и неизвестным измеряемым сопротивлением R_x.

Плечи образуют две диагонали: диагональ питания BD и измерительную АС. В диагональ питания подводится напряжение переменного или постоянного тока U_пит, а в измерительную диагональ включается измерительный прибор ИП, измеряющий падение напряжения или ток (величина напряжения питания 4...6 В).

Мостовая уравновешенная измерительная схема ( рис. 2.1, б) также имеет четыре плеча АВ, ВС, CD и DA, диагонали питания BD и измерительную АС. Особенностями этой схемы являются следующие:

- в измерительную диагональ включается нуль-индикатор НИ - прибор, фиксирующий отсутствие тока или падения напряжения;

- в плечо, смежное с тем, куда подключено измеряемое сопротивление R_x включается сопротивление реохорда R_p. Реохорд представляет собой переменное сопротивление типа реостата, движок которого связан с показывающей стрелкой отсчетного устройства ОУ;

- постоянные сопротивления и, и R₂ подбираются равными, т. е. R₁ = R₂.

Измерения в этой схеме проводят следующим образом.

Перемещая движок реохорда, добиваются нуля показаний нуль-индикатора. Это означает, что ток в измерительной диагонали отсутствует, а значит, выполняется условие равновесия мостовой схемы.

Из условия R₁ = R₂ следует, что R_x = R_p. Таким образом, по показаниям ОУ реохорда можно определить значение R_x

Рис.2.2. Мостовые схемы:

а – мостовая неуравновешенная схема; б – мостовая уравновешенная схема

Измерительные приборы, использующие в качестве измерительных схем мостовые уравновешенные, сложнее по устройству, чем приборы с неуравновешенными мостовыми схемами, но более точны.

Следует понимать, что в измерительных приборах, используемых в промышленности, измерение электрических сопротивлений не является самоцелью. Они предназначены для измерения технологических параметров, преобразованных в изменение электрического сопротивления.

Потенциометрические измерительные схемы. Используются в приборах, предназначенных для измерения технологических параметров, преобразованных в изменение падения напряжения или электродвижущей силы (ЭДС).

Рис. 2.3. Потенциометрическая схема измерений

В потенциометрических измерительных схемах измеряемая величина ЭДС компенсируется падением напряжения на калибровочном сопротивлении. Схема измерения показана на рис. 2.3. От источника постоянного напряжения Е через сопротивления реохорда R_p проходит ток I_{1 ,} создающий на реохорде падение напряжения U_AB. Эта цепь образует контур I схемы. Контур II образован источником измеряемой ЭДС Е_х и участком реохорда между точками А и В. В него включен нуль-индикатор НИ. Движок реохорда связан с показывающей стрелкой ОУ. Измерения проводят следующим образом.

Перемещением движка реохорда добиваются показания нуля на нуль-индикаторе. Это означает, что падение напряжения на реохорде от источника питания компенсируется измеряемой ЭДС. Таким образом, по шкале реохорда можно судить о величине контролируемого параметра.

Дифференциальные измерительные схемы. Дифференциальные измерительные схемы отличаются повышенной точностью измерения контролируемого параметра, так как измеряют не его абсолютную величину, а разность между ней и некоторой калиброван­ной (высокоточной) величиной. Эти схемы применяют для измерения технологических параметров, преобразованных в электрическое сопротивление или в падение напряжения (ЭДС).

Рис. 2.4. Дифференциальные измерительные схемы: а — дифференциальная измерительная схема для измерения технологических параметров, преобразованных в изменение электрического сопротивления; б — дифференциальная измерительная схема для измерения технологических параметров, преобразованных в изменение электрического напряжения переменного тока

На рис. 2.4, а показана дифференциальная ИС для измерения технологических параметров, преобразованных в изменение электрического сопротивления. Она представляет собой неуравновешенную индуктивно-резистивную мостовую схему, Плечи моста АС, СЕ, BD и DA образованы двумя постоянными индуктивными сопротивлениями L₁ и L₂, постоянным активным сопротивлением R₁ и измеряемым сопротивлением R_x. Диагональ CD питается напряжением переменного тока от трансформатора ТV. В измерительную диагональ АВ включен измерительный прибор ИП, измеряющий ток, или падение напряжения. При изменении величины R_x возникает разбаланс мостовой схемы, уравнение равновесия которой X_L1r_{x =} X_L2R₁ Он вызывает появление в измерительной диагонали тока или падения напряжения пропорциональных изменению сопротивления R_x.

На рис. 2.4, 6 показана дифференциальная ИС для измерения технологических параметров, преобразованных в изменение электрического напряжения переменного тока. Схема также представляет мостовую неуравновешенную схему с плечами AC, CB, BD и DA. На диагональ питания CD напряжение подается от трансформатора TV. В измерительную диагональ АВ включен измерительный прибор ИП, измеряющий величину тока или падение напряжения. Отличие этой схемы от предыдущей состоит в том, что датчик технологического параметра включается в плечо АС. При измене­нии контролируемой величины меняется индуктивное сопротивление обмотки L₂ (X_L2), Это вызывает изменение ЭДС E_1, что приводит к появлению тока в измерительной диагонали и падению напряжения в точках А и В. Полученный сигнал пропорциональный Е₁, а следовательно, и контролируемому параметру, измеряется прибором ИП.