Компенсаторы

Широкое применение мостовых схем и компенсаторов объясняется высокой точностью измерений, большой чувствительностью и возможностью измерения различных параметров электрической цепи.

Измерение токов и напряжений приборами непосредственной оценки производится в лучшем случае с погрешностью 0,05%. Более точное измерение этих величин возможно с помощью приборов сравнения – компенсаторов. В зависимости от вида измеряемого напряжения различают компенсаторы постоянного и переменного токов.

Компенсаторы постоянного тока используются для прямого измерения ЭДС (напряжений), а также косвенного измерения сопротивления, тока и мощности. Упрощенная принципиальная схема компенсатора приведена на рисунке.

Рис. 7.2 Принципи­альная схема компенсатора посто­янного тока

На данной схеме можно выделить три контура: контур (I) нормального элемента, рабочий (II) и измерительный (III) контуры.

Измерение напряжения производится в два этапа. Сначала устанавливают рабочий ток, значение которого строго определено и неизменно для каждого типа компенсатора. Для этого переключатель П переводят в положение 1, и с помощью реостата устанавливают такое значение рабочего тока в цепи второго контура, при котором падение напряжения, создаваемое им на нагрузочном сопротивлении будет равно ЭДС нормального элемента. При этом нуль-индикатор покажет отсутствие тока в цепи первого контура. Затем приступают к измерению неизвестного напряжения. Для этого переключатель П устанавливается в положение 2 и регулировкой калиброванного сопротивления в третьем контуре добиваются компенсации измеряемого напряжения.

Погрешность измерения напряжения компенсатором постоянного тока определяется в основном тремя факторами:

· погрешностью установки и поддержанием неизменным рабочего тока;

· погрешностью изготовления и подгонки образцового, компенсационного и регулируемого сопротивлений;

· чувствительностью нуль - индикатора.

Существует девять классов точности компенсаторов постоянного тока от 0,0005 до 0,2. Различают высокоомные компенсаторы (до 40 кОМ) и низкоомные до 1000 Ом.

Компенсаторы используют также для точных косвенных измерений токов и сопротивлений. Для измерения силы тока в исследуемую цепь включается образцовый резистор и измеряется падение напряжения на нем. Для измерения сопротивления последовательно с ним также включают образцовый резистор, измеряют падение напряжения на нем и затем расчетным путем определяют значение неизвестного сопротивления.

В компенсаторах переменного тока для полного уравновешивания двух напряжений на переменном токе необходимо выполнить четыре условия: равенство напряжений по модулю, противоположность их фаз, равенство частот, должна быть одинаковой форма кривых измеряемого и компенсирующего напряжений.

Два первых условия обеспечивает конструкция компенсаторов. Третье условие выполняется при питании объекта измерения и компенсатора от одного источника. Четвертое условие выполнить практически невозможно.

В качестве индикатора равновесия на промышленной частоте применяют вибрационный (резонансный) гальванометр. На более высоких частотах – электронный нуль – индикатор, на звуковых частотах – усилители с выпрямительными приборами на выходе.

По способу компенсации неизвестного напряжения компенсаторы переменного тока делятся на два вида:

· полярно – координатные с отсчетом измеряемого напряжения в полярных координатах (регулируется модуль напряжения и отдельно его фаза);

· прямоугольно-координатные с отсчетом измеряемого напряжения в виде геометрической суммы двух взаимнно-перпендикулярных составляющих.

Рис. 7.3 Принципиальная схема прямоугольно-коорди­натного компенсатора

Реохорды ab и cd равны по сопротивлению и длине, токи реохордов равны по величине и сдвинуты на 90°, а так как средние точки реохордов соединены электрически, то разность потенциалов между ними равна нулю. В результате, образуется прямоугольно-координатная система напряжений с одинаковыми масштабами по осям. Попеременно перемещая движки реохордов, добиваются нулевого показания нуль - индикатора, что соответствует полной компенсации активной и реактивной составляющих измеряемого напряжения. Значение активной составляющей компенсирующего напряжения определяется по положению движка на шкале реохорда ab, а реактивной составляющей – по шкале реохорда cd. Знак начальной фазы определяется в зависимости от квадранта, в котором находится вектор компенсирующего напряжения в прямоугольной системе координат.

По точности компенсаторы переменного тока уступают компенсаторам постоянного тока.

В автоматических компенсаторах постоянного и переменного токов уравновешивание осуществляется автоматически.

Существуют компенсаторы с полным и неполным уравновешиванием. Компенсаторы отличаются погрешностью, временем измерения. Применяются для измерения электрических и неэлектрических величин.

Принцип работы электромеханических омметров

Резонансный метод измерения параметров элементов цепи

Регрессионный анализ и планирование эксперимента

Устройство и принцип работы электронного осциллографа

Виды измерений

Вернуться в оглавление: Методы и средства измерений электрических величин