Компенсационный метод измерения
Компенсирующее напряжение можно определить так:
UK=mUA + Nuб,
где m, n — соответственно число включенных секций верхней и нижней декад; ua, U б — падения напряжения на отдельных секциях соответствующих декад.
Рассмотренные варианты выполнения сопротивления RK обеспечивают неизменность его полного значения, а следовательно, и неизменность тока I в момент компенсации, если ЭДС вспомогательного источника Eвсп — const.
В зависимости от значения сопротивления рабочей цепи различают компенсаторы постоянного тока большого сопротивления (высокоомные 10—40 кОм, ток рабочей цепи 10~3 — 10~4 А, порядок измеряемого напряжения 1—2,5 В, погрешность измерения 0,02 % от измеряемой величины) и малого сопротивления (низкоомные 10-1000 Ом; ток рабочей цепи 0,1- 0.001 А, порядок измеряемого напряжения до 100Мв, погрешность
измерения 0,5% от измеряемого значения.
Высокоомные компенсаторы применяются для измерений в высокоомных цепях, где из-за условий успокоения гальванометра и согласования его сопротивления с сопротивлением схемы применяют высокоомные гальванометры, а потому целесообразно иметь высокоомный и цепь самого компенсатора. Низкоомные компенсаторы применяются в противоположных условиях. Высокоомные компенсаторы рассчитываются на измерение напряжений порядка I—2,5 в, имеют рабочий ток в главной рабочей цепи 10~s —10 ~* а и сопротивление этой цепи 10000—40000 ом.
Низкоомные компенсаторы рассчитаны на измерение напряжений менее 100 мв , сопротивление главной рабочей цепи их имеет величину от десятков до 2000 ом и ток в главной рабочей цепи 10 ~1—10~3 а.
Как высокоомные, так и низкоомные компенсаторы предназначены для поверки измерительных приборов и мер (шунтов, делителей, измерительных катушек, нормальных элементов и пр.), а также для выполнения всякого рода рабочих измерений.
Компенсационный метод относится к наиболее точным среди методов и приборов, предназначенных для измерения напряжений: погрешность его может иметь порядок 0,01% и даже 0,0011%.
В компенсаторе постоянного тока, как и в любом другом приборе, построенном на косвенном методе измерения, результирующая погрешность измерения (абсолютная или относительная) является функцией частных погрешностей, вносимых каждым элементом схемы. В компенсаторе к таким элементам относятся нормальный элемент, гальванометр, сопротивления RH и R—чем точнее выполнены эти элементы, тем точнее результат измерения.
Своей высокой точности компенсаторы постоянного тока обязаны присутствию в схеме нормального элемента, э. д. с. которого известна с точностью до тысячных долей процента, с которым (косвенным образом) производится сравнение неизвестного напряжения или э. д. с.
Для облегчения расчета допустимой погрешности измерения большая часть современных компенсаторов снабжается формулой, указанной в инструкции к пользованию прибором. В этой формуле допустимые для данного компенсатора погрешности, возникающие за счет несовершенства изготовления элементов схемы, остающиеся постоянными в процессе измерений, объединяются в постоянный член уравнения и не требуют постоянного пересчета.
Переменной величиной в формуле является сопротивление Rbc, которое в процессе работы может принимать разные значения в зависимости от порядка измеряемого напряжения и от опыта экспериментатора.
При измерении ЭДС источников с большим внутренним сопротивлением или напряжений, действующих в высокоомных цепях, входное сопротивление магнитоэлектрических и электронных вольтметров может быть недостаточно большим, поэтому целесообразно использовать дифференциальный или компенсационный метод.
Дифференциальный метод основан на измерении разности между
Рис. 7.7. Схема измерения постоянного напряжения дифференциальным методом
измеряемым и образцовым напряжением при их неполной компенсации. Схема измерения представлена на рис. 7.7. Высокоомный электронный вольтметр у! с чувствительным пределом служит для измерения разностного напряжения между измеряемым Ux и образцовым UK напряжениями. Магнитоэлектрический аналоговый или цифровой вольтметр У2 используется для измерения образцового напряжения 1/к. Рекомендуется при UK — 0 измерить вольтметром V1 ориентировочное значение Ux, а уже затем установить по вольтметру V2 удобное для отсчета напряжение UK. Измеряемое напряжение Ux при указанной полярности включения вольтметра V1 определяется как Ux=UK +∆U
Дифференциальный метод обеспечивает высокую точность измерения напряжения. Погрешность измерения определяется в основном погрешностью вольтметра, измеряющего L/K.
Входное сопротивление цепи
RВХ=UX/I=(UK+∆U)/(∆U/RV1)=RV1(UK/∆U+1) (7.7)
намного превышает входное сопротивление rvi вольтметра Vt. Гальванометрические компенсаторы служат для измерения малых постоянных напряжений (порядка 10~8 В). Основными элементами гальванометрического компенсатора (рис. 7.8) являются: измерительный механизм магнитоэлектрического зеркального гальванометра G, образцовый резистор обратной связи Rк, фоторезисторы ФR1 и ФR2, источники постоянного напряжения с Е1 = Е2, магнитоэлектрический микроамперметр.
На зеркальце гальванометра G направлен луч света от прожектора Пр. При отсутствии напряжения Vх луч света, отраженный от зеркала, одинаково освещает фотосопротивления, в результате ток Iк = 0. При подаче на вход измерителя напряжения Ux в цепи гальванометра G появляется ток Iг, подвижная часть гальванометра поворачивается на некоторый угол и происходит перераспределение освещенности фоторезисторов и изменение их сопротивлений.
Рис. 7.8
Согласно схеме включения фоторезисторов и полярности Uх сопротивление фоторезистора ФR1 уменьшится, а ФR2 увеличится. Через резистор RK потечет ток Iк, создавая на RK компенсирующее напряжение UK, почти равное измеряемому напряжению Ux. Значение тока Iк автоматически изменяется в зависимости от изменения измеряемого напряжения Ux, но всегда так, что выполняется условие Ux ~ UK обеспечиваемое за счет небольших изменений тока Iг в цепи гальванометра:
Перейти на страницу: 1 2 3 4 5