Компенсационный метод измерения тока

Метод измерения ЭДС с использованием компенсатора

В электрических измерениях широко распространен компенсационный метод измерения ЭДС, иначе он называется методом противопоставления. Суть его заключается во встречном включении двух источников ЭДС в одной двухконтурной цепи.

Один из источников является образцовым другой измеряемым. Общим звеном для обоих контуров является ветвь с «нуль-индикатором» (гальванометром).

Компенсатором (К) называется устройство для измерения неизвестной ЭДС или тока. Иначе такие устройства называются потенциометрами. На рис. 1 изображена схема компенсатора постоянного тока.

В схеме участвуют следующие элементы: En – источник нормированного напряжения, Евсп – вспомогательный источник ЭДС, G – магнитоэлектрический гальванометр, Rp – реостат, Rn – образцовый резистор, Rk – устройство регулируемого сопротивления.

Нахождение неизвестного ЭДС выполняется в следующем порядке:

1. Двухпозиционный переключатель П устанавливают в первое положение. Замыкается цепь а с образцовыми элементами En и Rn. С помощью реостата Rp добиваются установления гальванометра в нулевое положение. Такое равновесие возможно при I*Rn=En, где I – рабочий ток схемы.

2. При переключении П в положение 2, замыкается цепь с измеряемой ЭДС. Перемещением подвижного контакта Rk добиваются отсутствия тока в гальванометре. Равновесие возможно при условии I*Rk=Eизм, где I и Rk – известные значения.

Такой способ измерения требует постоянства рабочего тока схемы. Это означает, что при перемещении Rk ток в контуре в не должен изменяться. Постоянство тока обеспечивается специальной конструкцией Rk, с замещающими и шунтирующими декадами.

Верхние декады полностью совпадают по ранжиру с нижними. В магазине используется несколько наборов декад, каждая следующая декада имеет сопротивления в 10 раз меньшее предыдущей.

В каждой декаде верхний и нижний ряд имеют механическую связь. При перемещении ползунка по верхнему ряду в большую сторону, в нижней декаде происходит уменьшение количества включенных резисторов и наоборот.

Напряжение для участка схемы 3-4 снимают с верхних или с нижних рядов. Итоговое сопротивление Rk в контуре в остается неизменным, а для контура б подбирается необходимое сопротивление.

Компенсаторы постоянного тока делятся на две основные группы: большого сопротивления (от 10000 Ом при напряжении цепи 1-2,5 В) и малого сопротивления (до 1000 Ом при напряжении цепи 100 мВ).

Компенсаторы высокого сопротивления применяют для поверки электродинамических и магнитоэлектрических вольтметров. Для расширения пределов измерения К используют делители напряжения. Однако при этом теряется точность измерений.

Низкоомные К применяют для измерения малых ЭДС и напряжений, в цепях с рабочим током до 25 мА (например, Е термопары). Погрешности высокоомных К постоянного тока находятся в пределах 0,02%, низкоомных – 0,5%.

Работа компенсаторов переменного тока заключается в уравновешивании искомой и известной величины напряжения источников ЭДС, включенных встречно. Отсутствие тока в нуль-индикаторе обеспечивается равенством напряжений по модулю и частоте, и противоположностью по фазе.

В качестве нуль-индикаторов в К переменного напряжения применяют вибрационные гальванометры или электронно-лучевые нуль-индикаторы.

На рис. 3 приведена схема прямоугольно – координатного компенсатора. Контуры 1 и 2 являются рабочими, для создания заданного падения напряжения на участках с калиброванным сопротивлением а-б и в-г, а контур с ПК1 и ПК2 является входным.

Ток в контуре 1 регулируется реостатом R и контролируется с помощью амперметра А. Участок схемы а-б представляет собой калиброванное сопротивление из проволоки, градуированное в единицах напряжения.

Второй контур связан с первым по средствам воздушного трансформатора Тр, ток вторичной обмотки Тр совпадает по фазе со вторичным ЭДС трансформатора. Это достигается отсутствием стали сердечника, и как следствие небольшим индуктивным сопротивлением вторичной обмотки.

Соответственно, ток вторичной обмотки отстает от тока первичной на 90 электрических градусов. В цепи второго контура участок в-г также выполнен в виде проволоки с калиброванным сопротивлением, для создания заданного падения напряжения на зажимах в–г.

Система из переключателей ПК1 и ПК2 позволяет регулировать фазу известных напряжений Uа-б и Uв-г, и обеспечивать противофазу с измеряемой величиной Еизм.

Искомая электродвижущая сила и сдвиг фаз находятся по формулам:

В цепях переменного тока также нашли применение полярно–координатные компенсаторы. Отличительной особенностью таких схем является наличие фазорегулятора, с помощью которого осуществляется регулирование напряжения по фазе. При помощи регулятора ФР задается требуемое значение угла φ. Реостатом R устанавливается рабочий ток схемы.

ЭДС определяется по положению ПК1 на участке калиброванной проволоки, и ПК2 в магазине сопротивлений. Регулируя положение ПК1 и ПК2 добиваются равновесного состояния НИ. Измеряемая величина ЭДС при работе с компенсаторами равна напряжению рабочих источников ЭДС.

Компенсаторы переменного напряжения не обеспечивают высокой точности измерений как на постоянном токе. Это объясняется тем, что в природе не существует нормального элемента с образцовой величиной ЭДС, как для приборов постоянного тока. Рабочий ток таких схем контролируется по амперметрам с погрешностью 0,05 и 0,1%.

Компенсационный метод измерений 1935

Изучение компенсационного метода измерений.

1. Ознакомиться с компенсационным методом измерений.

2. С помощью потенциометра ПП-63 произвести измерения неизвестных напряжений и косвенно определить величину тока и сопротивления.

Компенсационный метод измерений.

Измерение тока и напряжения аналоговыми (стрелочными) приборами непосредственной оценки производится в лучшем случае с погрешностью 0,1%. До появления цифровых приборов единственным методом, обеспечивавшим более высокую точность, был метод компенсации. Приборы для измерения компенсационным методом напряжений и электродвижущей силы (ЭДС) называются потенциометрами или компенсаторами.

В настоящее время при одинаковой точности измерений потенциометры значительно дешевле цифровых приборов. Важной особенностью потенциометров является отсутствие потребления тока от источника измеряемого напряжения в режиме точной компенсации. Это позволяет использовать компенсаторы для измерений в маломощных цепях, например ЭДС термопар.

Кроме того, компенсационный метод устраняет ошибки, присущие вольтметрам с невысокими входными сопротивлениями. Пусть по некоторому сопротивлению R протекает ток I. При подключении параллельно ему вольтметра c внутренним сопротивлением r (рис. 1) суммарное сопротивление уменьшится и станет равным

.

При этом общий ток I разветвляется на ток через сопротивление IR и ток через вольтметр IV. Если при этом общий ток I не изменился, то напряжение, измеренное вольтметром, , будет отличаться от истинного напряжения на величину абсолютной погрешности

(1)

Величина DU, также как и относительная погрешность измерений

(2)

будут зависеть от сопротивления вольтметра r. Обе погрешности будут уменьшаться с ростом величины сопротивления вольтметра r и устремятся к нулю только при r ® ¥.

Компенсационный метод основан на сравнении (компенсации) неизвестного измеряемого напряжения UX (или неизвестной измеряемой ЭДС EX) с известным компенсирующим напряжением UК. Источники измеряемого и компенсирующего напряжения соединяются одноименными полюсами (рис 3). При этом два полюса соединяют непосредственно, а два других – через индикатор равенства (чувствительный гальванометр). Сила и направление тока, протекающего через гальванометр, будет определяться разностью UX и UК. При равенстве этих величин сила тока в цепи равна нулю, и «индикатор равенства» даёт

нулевое показание. Таким образом, плавно регулируя UК, можно добиться нулевого показания «индикатора равенства». Тогда неизвестное измеряемое напряжения UХ равно известному компенсирующему напряжению UК.

Очевидно, что при компенсационном методе вследствие отсутствия тока в измерительной цепи в момент компенсации не вносится искажений в режим работы той цепи, где производится измерение. Поэтому погрешности измерений, определяемые формулами (1) и (2), исключаются. В качестве индикатора используются чувствительные гальванометры с нулем посредине. В высокоточных потенциометрах используются специальные фотогальванометрические индикаторы. Индикатор должен лишь фиксировать отсутствие тока, поэтому в данном случае имеет значение только чувствительность индикатора, а его класс точности роли не играет. Всё указанное приводит к тому, что компенсационный метод измерения и в настоящее время является одним из наиболее точных и чувствительных методов измерений.

Компенсационный метод измерения электродвижущей силы и сопротивления

Главная > Лабораторная работа >Промышленность, производство

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №7


Компенсационный метод измерения электродвижущей силы и сопротивления

Цель работы: изучение компенсационного метода измерений эдс и сопротивлений.

Принцип действия потенциометров постоянного тока

1. Как известно, электродвижущая сила источника тока равна разности потенциалов (или напряжению) на его полюсах в условиях, когда ток через источник не идет. Поэтому найти эдс можно, измерив значения потенциалов на полюсах разомкнутого источника, либо использовать замкнутую цепь, но при условии, что через источник, включенный в цепь, ток не идет. А это возможно тогда, когда эдс исследуемого источника компенсируется электродвижущей силой другого источника, равной по величине, но противоположной по знаку. Этот метод, называемый компенсационным, обычно и используется для измерения эдс и напряжений (разности потенциалов). Так как напряжение на участке цепи равно IR (I — сила тока на участке, R — его сопротивление), то этот метод можно использовать и для измерения сопротивлений. Точные измерения сопротивления проводятся почти исключительно компенсационным методом.

Смотрите так же:  Узо iid k

2. Главной частью измерительной схемы, применяемой в компенсационном методе, является потенциометр. Схема потенциометра проста (рис.1). Источник эдс E замкнут на некоторое (обычно большое) сопротивление R. Схема позволяет получить любое из напряжений: от нуля до значения напряжения на полюсах источника. В самом деле, если мы возьмем на сопротивлении две точки, например, одну на одном из его контактов A и другую в любом месте a, то разность потенциалов между этими точками будет меньше, чем напряжение на полюсах источника во столько раз, во сколько сопротивление участка Aa меньше, чем все сопротивление R. Перемещая контакт a сопротивления R, можно получить любую часть напряжения источника Е. Поэтому схему потенциометра часто называют также делителем напряжения. Она и используется в компенсационном методе измерения эдс. Часто сами устройства для измерения эдс этим методом называются потенциометрами.

Исследуемый источник эдс присоединяется к схеме потенциометра так, как показано на рис.2. Здесь E — источник эдс, входящий в схему потенциометра и являющийся для наших измерений вспомогательным. На схемах и на панелях компенсаторов он часто обозначается Б — вспомогательная батарея, Еx на нашем рисунке — исследуемый источник, эдс которого нужно измерить, G — гальванометр, присоединяемый к сопротивлению R подвижным контактом.

Источник Еx включается так, чтобы ток от него был направлен против тока от источника Е. Тогда, перемещая контакт вдоль R, можно выделить такую долю эдс источника Е, которая равна эдс источника Ex. При этом гальванометр покажет отсутствие тока в цепи исследуемого источника, а значит и в самом источнике: эдс Еx скомпенсирована частью эдс источника Е.

Если бы были известны точное значение эдс Е и доля этой эдс, выделенная для компенсации, то нам было бы известно и значение Еx. Но точное значение эдс Е вспомогательного источника неизвестно, поэтому поступают следующим образом. Скомпенсировав эдс Еx определенной, но неизвестной долей эдс Е, отмечают ту часть сопротивления R, которая при компенсации оказалась в цепи источника Ex. Обозначим это сопротивление Rx. Затем заменяют источник Еx другим источником Еn (на рис.2 это показано пунктиром), представляющим собой так называемый нормальный элемент Вестона. Это гальванический элемент, эдс которого известна до пятого знака после запятой. Она составляет 1,01850 — 1,01870 вольта (последние два знака устанавливаются с учетом зависимости эдс Еn от температуры). После этого перемещением подвижного контакта снова добиваются компенсации, то есть отсутствия тока в гальванометре. Положение контакта и значение части сопротивления R, включенной в цепь Еn будет теперь иным. Обозначим это сопротивление через Rn . Ток, текущий по сопротивлению R, в обоих случаях один и тот же. Он называется рабочим током.

Зная величины Rx и Rn, легко найти значение эдс Еx. В самом деле, для контуров с источниками Еx или Еn (контуры Ao1b1a1 и Ao2b2a2), можно написать равенства, выражающие так называемое второе правило Кирхгофа:

Ex = IRx + IGRG — для контура с источником Ex,

Еn = IRn + IGRG — для контура с источником Еn.

Здесь I -рабочий ток, IG и RG — соответственно сила тока в гальванометре и его сопротивление. Так как при компенсации ток в гальванометре отсутствует, член IGRG в обоих случаях равен нулю. Разделив эти два равенства одно на другое, получим:

Из этого выражения видно, что для вычисления Еx надо знать только отношение Rx и Rn, а не каждое из них в отдельности.

Измерение отношения Rx/Rn наиболее просто может быть реализовано, если сопротивление R выполнено в виде проволоки постоянного сечения со скользящим по ней контактом (реохордом). В этом случае отношение Rx/Rn будет равно отношению длин участков проволоки Lx и Ln, входящих в контуры компенсируемых эдс Еx и Еn, то есть:

3. Описанный выше простейший способ применения компенсационного метода измерения эдс отличается малой точностью, так как невелика точность измерения длин Lx и Ln. Поэтому практически этот метод реализуется в другом варианте, схема которого представлена на рис.3. Здесь вместо реохорда используются магазины сопротивлений R1 и R2. Они вместе с вспомогательным источником Е и магазином сопротивлений R образуют потенциометр (контур abcd), с помощью которого можно использовать часть напряжения источника Е для компенсации эдс источников Ex и En. Напомним, что магазин сопротивлений — это набор большого числа сопротивлений, устроенный так, что в цепь можно вводить или выводить из нее любую часть набора. Использование магазинов сопротивлений как бы удлиняет реохорд, что сильно уменьшает относительную погрешность измерения Rx и Rn . Так как значения сопротивлений, образующих набор магазинов известны с очень большой точностью, то и абсолютная погрешность очень мала.

С помощью ключа K1 источники En и Ex присоединяются через гальванометр G к потенциометру. В цепь гальванометра (для сохранности) включено сопротивление r, которое можно «выключить» замыканием ключа К2. Как и в прежнем, «реохордном», варианте, значение эдс Еx определяется выражением (1), где Rx — часть сопротивления потенциометра, которая после компенсации Еx оказывается включенной в цепь этой эдс, а Rn — при компенсации En. Но теперь величина Rn, выбирается численно равным тысячекратному значению эдс нормального элемента, т.е. около 1018 Ом. Такое сопротивление и устанавливается на магазине R1 (см. рис.3). Делается это вот для чего: когда эдс En скомпенсирована, выполняется условие En = IRn. Поскольку Rn = 1000En, рабочий ток I в цепи abcd равен 0,001A. Если после установления такого рабочего тока скомпенсировать эдс Ex, то будет справедливо равенство Ex= IRx. Так как I = 0,001A, то Rx = 1000En. Значит, Rx численно будет равно Ex, выраженной в милливольтах. Тем самым отпадает необходимость в каких-либо расчетах.

Измерение эдс по схеме рис.3 производится так: сначала устанавливается рабочий ток 1мA. Для этого ключ K1 ставится в положение 1 (подключен нормальный элемент). Затем с помощью магазина R добиваются равенства тока нулю в гальванометре. Это и означает, что рабочий ток равен 1мA. Затем ключ К1 переводят в положение 2 (включена неизвестная эдс). После этого добиваются равенства тока в гальванометре нулю, но не магазином R, а реохордом, которым выделяют из магазина R2 такую его часть, чтобы ток в гальванометре был равен нулю. Эта выделенная часть и есть R1, т.е. после компенсации Ex= IRx. Но так как I=0,001A, то Rx просто равно выраженной в милливольтах электродвижущей силе Ex.

4. Точность описанного выше метода, однако, недостаточна для проведения прецизионных измерений. Дело в том, что, например, для измерения эдс с точностью до милливольта по схеме на рис.3 необходимо было бы использовать магазин сопротивлений R2, позволяющий задавать сопротивление с точностью до 0,001 Ома. Магазины с такой высокой точностью практически нереализуемы. Поэтому для прецизионных измерений компенсационным методом применяется более сложная схема, приведенная на рис.4.

Как видно из рис.4, неизвестная эдс Ex компенсируется падением напряжения на магазинах сопротивлений R2A, R2B, R2C и R3C. Контур A, в который включен магазин R2A, есть не что иное, как контур abcd схемы рис.3. Здесь, как и ранее, численное значение R1A устанавливается равным тысячекратному значению эдс нормального элемента. Аналогично ток в контуре A и магазине R2A устанавливается 1мA.

Ток в магазинах сопротивлений R2B, R2C и R3C устанавливается соответственно I2B = 0,1мA; I2C = 0,001мA; I3C = 0,0001мA. Не останавливаясь детально на методах установления этих токов, отметим только, что эта процедура в принципе аналогична процедуре установления тока в контуре A. Отличие заключается в том, что при установлении I2B в качестве Еn используется падение напряжения на определенной части R1A, по которому течет точно известный ток I1A =1мA. Установка токов в контуре C использует падение напряжения на точно известной части R2B, по которой течет I2B = 0,1мA.

Если неизвестная эдс скомпенсирована, то величина Еx равна:

Ex = 0,001(R2A)x + 0,0001(R2B)x + 0,000001(R2C)x + 0,0000001(R3C)x.

Смотрите так же:  Для чего нужно заземление компьютера

Здесь индекс «x» употребляется для обозначения части сопротивления магазинов R2A, R2B, R2C и R3C, используемых для компенсации эдс Ex. С помощью магазина R2A можно установить значение (R2A)x в пределах 10 — 2110 Ом и изменять его с шагом в 10 Ом, т.е. магазином R2A можно скомпенсировать Ex с точностью до 10 мВ. Значение (R2B)x можно варьировать в пределах 10 — 110 Ом с шагом 1 Ом, что дает возможность этим магазином проводить компенсацию с точностью до 0,1мВ. В тех же пределах с таким же шагом изменяется величина магазина R2C, что обеспечивает точность компенсации 0,001мВ. И, наконец, с помощью магазина R3C (пределы варьирования от 1 до 10 Ом) достигается точность компенсации 0,0001мВ.

5. Как указывалось, компенсационным методом можно измерять не только электродвижущую силу, но и разность потенциалов на каком-либо участке электрической цепи, по которой течет ток. Присоединив такой участок к потенциометру (к клеммам «X«), можно уже описанным методом измерить разность потенциалов на его концах. По закону Ома она равна IR, где I — сила тока на участке и R — его сопротивление. Если сила тока известна, то легко вычислить и сопротивление участка. Но точность измерения тока обычно невелика. Поэтому и точность измерения сопротивления этим способом будет небольшая. Можно, однако, обойтись и без измерения силы тока, а воспользоваться нормальным или эталонным сопротивлением. Нормальные сопротивления выпускаются в виде катушек из проволоки или ленты, изготовляемых из сплавов, сопротивление которых слабо зависит от температуры. Величины этих сопротивлений известны с очень большой точностью (значительно большей, чем точность измерения силы тока). Катушки помещаются в металлические цилиндры, поверхность которых хорошо отражает (чтобы избежать нагрева). На крышку цилиндра выведены 4 клеммы. Две из них, большие по размеру, служат для включения сопротивления в цепь, две другие — для присоединения к компенсатору. Первые называются токовыми, вторые — потенциальными. На верхней крышке цилиндра указано значение сопротивления.

Для измерения с их помощью неизвестного сопротивления поступают так. Собирают цепь, показанную на рис.5. Здесь U — некоторый источник тока, Rn — нормальное сопротивление, Rx — измеряемое сопротивление. Оба сопротивления — измеряемое и нормальное включены в цепь источника U последовательно и сила тока в них одна и та же. Если разность потенциалов на концах неизвестного сопротивления равна Ux, а нормального — Un, то можно записать:

Ux = IRx и Un = IRn

где I — сила тока в цепи, содержащей оба сопротивления. Разделив эти равенства друг на друга, получаем

При измерении неизвестного сопротивления удобнее использовать нормальное сопротивление того же порядка величины, что и неизвестное. Нормальные сопротивления изготавливаются от значения 10-5 до значения 105Ом. Имея такой набор нормальных сопротивлений, всегда можно выбрать наиболее подходящее.

Если разность потенциалов на концах исследуемого или нормального сопротивления больше, чем предельное напряжение, которое можно измерять на потенциометре, то можно воспользоваться делителем напряжения и измерять часть (известную) этой разности потенциалов. Дополнительное сопротивление R включено в цепь для того, чтобы уменьшить силу тока в ней. Оно, разумеется, никак не влияет на результат измерения сопротивления Rx.

Компенсационный метод измерения электрических величин

Главная > Лабораторная работа >Промышленность, производство

Компенсационный метод измерения электрических величин

Приборы и принадлежности: исследуемый гальванический элемент, нормальный элемент, источник рабочего тока, реохорд, гальванометр, двухполюсный переключатель, магазин сопротивлений.

Введение. Компенсационный метод широко применяется для измерения различных электрических величин (электродвижущей силы, напряжения, силы тока, сопротивления). Этот способ измерения характеризуется самой высокой точностью среди прочих методов благодаря тому, что он основан на сравнении измеряемой величины с ее эталоном или образцовой мерой. Поэтому он применяется, в частности, для поверки и градуировки электроизмерительных приборов. На его основе действуют разнообразные самопишущие и показывающие потенциометры (в сочетании с термопарами) в химической, пищевой и др. отраслях промышленности, где измерение и регистрация температуры в ходе технологических процессов является необходимым условием. Ниже показано применение компенсационного метода к измерению двух электрических величин – ЭДС и внутреннего сопротивления источника.

Электродвижущая сила источника тока и ее измерение. Для поддержания в замкнутой цепи в течение длительного времени не изменяющегося по величине электрического тока необходимо обеспечить постоянство разности потенциалов на отдельных ее участках. Это становится возможным благодаря существованию так называемой сторонней силы (или сил), действующей либо на всем протяжении цепи, либо на некоторых участках ее. Сторонние силы обладают способностью разделять разноименные электрические заряды, поэтому они не могут иметь электрическую природу. Например, в химических источниках тока (гальванические элементы, аккумуляторы) сторонней силой является сила химической реакции.

Стороннюю силу можно охарактеризовать работой, которую совершает источник тока при перемещении электрических зарядов в цепи. Физическая величина, равная работе сторонней силы А, отнесенной к единице перемещенного положительного заряда q, называется электродвижущей силой (ЭДС) E, действующей в цепи или на участке,

ЭДС гальванического элемента не зависит от размеров электродов и количества электролита, а определяется лишь их химическим составом и при изменении внешних условиях изменяется незначительно [1—2].

При перемещении заряда от источника тока по замкнутой цепи и возвращении его в исходное положение система, состоящая из источника тока и внешней цепи, не меняет своего состояния. Пусть работа источника по перемещению электрического заряда идет только на выделение тепла, количество которого определяется законом Джоуля-Ленца

где I сила тока в цепи, R – сопротивление внешней части цепи, r – внутреннее сопротивление источника тока, t – время.

Выражение (2) можно преобразовать следующим образом:

Учитывая, что A/q = E, получается выражение, называемое законом Ома для полной цепи,

Таким образом, ЭДС равна сумме напряжений на сопротивлениях внешнего Uвнеш и внутреннего Uвнут участков цепи.

Несмотря на то, что ЭДС измеряется в тех же единицах, что и напряжение – вольтах, ее нельзя точно измерить вольтметрами, действие которых основано на прохождении тока через их измерительный механизм. Любой такой вольтметр, подключенный к полюсам источника тока, показывает напряжение Uвнеш меньшее, чем ЭДС источника Е на величину падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника

В некоторых случаях слагаемым Ir можно пренебречь (если сопротивление вольтметра много больше внутреннего, RV  r ), и тогда UвнешЕ, т.е. показания вольтметра можно принять за ЭДС источника тока.

Таким образом, можно сказать, что ЭДС источника – это разность потенциалов на его полюсах при разомкнутой внешней цепи Uвнеш= Е при I=0. В компенсационном методе измерения условие “разомкнутой” цепи создается особой схемой включения исследуемого источника и способом измерения – ток в цепи этого источника делают равным нулю.

Рассмотрим электрическую цепь, изображенную на рис.1. Здесь ЕX – исследуемый источник тока, ЕN – нормальный элемент, Е – источник рабочего тока для питания реохорда, ЭДС которого существенно больше ЭДС и исследуемого источника, и нормального элемента, АВреохорд (неизоли-рованный высокоомный провод со скользящим контактным движком D и масштабной линейкой), Rрег – реостат регулировки рабочего тока, G – гальванометр.

Источники ЕХ и Е присоединяются к точке А реохорда одноименными полюсами. Это – первое условие. Вторым необходимым условием для проведения компенсационных измерений является выполнение неравенств

UAB EX и UAB EN , где UAB – падение напряжения на реохорде за счет протекания по нему рабочего тока. В этом случае на реохорде можно найти такое положение движка D1, что напряжение UХ на участке AD1 UX = EX , тогда ток в цепи гальванометра будет равен нулю. В этом состоит эффект компенсации. При смещении движка D в ту или другую сторону в гальванометре появляется ток соответствующего направления.

По правилу Кирхгофа для контура А-3-4-D1A, обходя его по часовой стрелке, можно написать следующее уравнение:

RG – сопротивление гальванометра,

Когда ток через гальва-нометр I2 сведен к нулю, то

уравнение (6) переходит в следующее:

т.е. ЭДС исследуемого эле-мента компенсирована паде-нием напряжения на участке AD1 реохорда при прохожде-нии рабочего тока I1.

Заменим исследуемый элемент так называемым нормальным элементом EN. Передвигая движок по реохорду, можно также найти

на нем некоторую точку,

Рис.1 обозначим ее D2, что ток в цепи гальванометра также станет равным нулю. Тогда выражение (7) следует записать так:

Ток в реохорде I1 при компенсации ЭДС того и другого источников остается одним и тем же, так как I2=0. Разделив равенство (7) на (8), получим

Смотрите так же:  Вв провода на сенс тесла

Поскольку реохорд представляет собой однородную проволоку одинакового сечения, то отношение сопротивлений участков реохорда можно заменить отношением их длин. Формула (9) принимает следующий вид:

Таким образом, неизвестная ЭДС может быть измерена путем сравнения ее с известной – ЭДС нормального элемента. Этот метод был предложен немецким физиком И.К.Поггендорфом (1796-1877). Роль измерительного прибора здесь сводится не к измерению величины тока, а к установлению его отсутствия. Для измерения ЭДС с большой точностью нужен очень чувствительный прибор – гальванометр.

Нормальный элемент является образцовой мерой электродвижущей силы в современной электроизмерительной технике благодаря тому, что 1)его ЭДС известна с высокой точностью, 2)она сохраняется в течение длительного времени (десятки лет). Значение ЭДС нормального элемента указывается в его паспорте. В наших условиях ЭДС при 20С ЕN 20= 1,0186 В. Если температура элемента t отличается от 20, то ЭДС вычисляется по формуле

В условиях данной работы температурная поправка лежит за пределами точности измерений, и вводить ее нет необходимости.

Измерение электродвижущей силы гальванического элемента

Описание установки. Электрическая схема экспериментальной установки приведена на рис.2. На лабораторной панели размещены следую-

щие приборы и детали: нормальный элемент EN, гальванометр G, реохорд АВ, двухполюсный переключатель П1, переключатель чувствительности гальва-нометра П2, магазин сопротивлений (к упр.2), толкатель сдвоенных кнопок Кн1 и Кн2. Исследуемый элемент EX и источник рабочего тока Е установлены под панелью. Провода от них подведены к клеммам ЕХ и Е с указанием полярности (+ и –).

Кнопка включения гальванометра Кн2 сблокирована с кнопкой включения рабочего тока Кн1. Блокировка выполнена так, что при нажатии на их общий толкатель кнопка Кн1 замыкается раньше, чем кнопка Кн2, а размыкается позже. Такая последовательность замыкания и размыкания цепей предохраняет гальванометр от перегрузки экстратоками.

В компенсационных измерениях используется, как правило, гальванометр высокой чувствительности. Для защиты его от перегрузки значительными токами последовательно с ним включается через переключатель П2 добавочный резистор R1 или R2 . В начале работы переключатель П2 устанавливается в положение «Грубо», при этом в цепь гальванометра вводится большое сопротивление (R1= 1 МОм). После того как достигнута компенсация (стрелка гальванометра приведена к нулю или отклоняется от него на 1-2 деления), переключатель П2 переводится в положение «Точно». При этом в цепи гальванометра оказывается меньшее сопротивление (R2=200 кОм) и процесс компенсации продолжается с большей точностью благодаря большей чувствительности гальванометра.

При всех измере-ниях кнопки Кн1 и Кн2 замыкаются на короткое время (1-2 секунды), так как продолжительное про-текание тока по реохорду вызывает его нагревание и изменение сопротивления. Нарушение данного условия приводит к снижению точности измерений.

Так как номиналь-ный разрядный ток нормального элемента составляет 1–10мкА, то его необходимо оберегать от

Рис.2 больших токов. Если правильно пользоваться переключателем П2, ток нормального элемента не превышает указанного выше значения.

Измерения.1.Двухполюсный переключатель П1 поставьте в нейтральное положение, переключатель П2 – в положение «Грубо».

Соберите электрическую цепь, схема которой приведена на рис.2.

При сборке цепи имейте в виду следующее:

а) участок цепи от точки М до точки N уже собран (под панелью);

б) концы высокоомного провода реохорда присоединены к клеммам А и В, а скользящий контакт реохорда – к клемме D.

Дайте возможность лаборанту (или преподавателю) проверить правильность сборки и, получив его разрешение, приступайте к измерениям.

4. Переключателем П1 включите в цепь исследуемый элемент EX. Замыкая на короткое время кнопки Кн1 и Кн2, передвигайте движок реохорда до тех пор, пока ток в гальванометре не станет равным нулю (предварительная компенсация достигнута).

5. Переведите переключатель П2 в положение «Точно» и тем же движком добейтесь наилучшей компенсации.

6. Запишите в подготовленную для этого таблицу 1 длину реохорда lx, соответствующую полной компенсации.

7. Поставьте переключатель П2 в положение «Грубо», а переключателем П1 включите в цепь нормальный элемент EN. Производя такие же действия как в п.4-5, добейтесь наилучшей компенсации ЭДС нормального элемента.

8. Запишите в таблицу значение lN.

9. Повторите поочередно измерение lX и lN не менее пяти раз.

Компенсационный метод измерения тока

Калькулятор

Сервис бесплатной оценки стоимости работы

  1. Заполните заявку. Специалисты рассчитают стоимость вашей работы
  2. Расчет стоимости придет на почту и по СМС

Номер вашей заявки

Прямо сейчас на почту придет автоматическое письмо-подтверждение с информацией о заявке.

Компенсационный метод измерения электрических величин

Измерение тока, напряжения, сопротивления и мощности приборами непосредственной оценки производится, в лучшем случая, с точностью 0,05%. Наиболее точными методами измерения указанных величин являются компенсационные методы.

Компенсационный метод измерения напряжения / э. д. с./ заключается в сравнении измеряемого напряжения с известным падением напряжения.

Устройства, служащие для измерений компенсационном методом, называются компенсаторами или потенциометрами. Упрощенная схема компенсационного метода измерения изображена на рисунке 1.24.

Рис.1.24. Компенсационный метод измерения. Схема электрическая принципиальная.

В этой схеме можно рассматривать три цепи. Первая цепь может быть названа цепью нормального элемента. В нее входит нормальный элемент э. д. с. EN, гальванометр Г и образцовое сопротивление RN. Вторая цепь может быть названа рабочей или вспомогательной. Она содержит вспомогательный источник питания E /э. д. с./ этого источника больше э. д. с. нормального элемента, реостат Rрег, образцовое сопротивление RN и магазин компенсационного сопротивления RK. Третья цепь, измерительная, состоит из источника с неизвестной э. д. с. EX , гальванометра Г и магазина компенсационного сопротивления RK.

Измерение неизвестного напряжения EX начинают с установки тока IP в рабочей цепи, величина которого должна быть строго определенной и неизменной. Для этого ключ II ставят в положение I и с помощью реостата Rрег

устанавливают такое значение тока IP, чтобы падение напряжения, создаваемое им на сопротивление RN, было равно э. д. с. нормального элемента EN. При компенсации гальванометр покажет отсутствие тока в цепи нормального элемента.

(1.23)

(1.24)

Компенсация неизвестной э. д. с. EX осуществляется с помощью сопротивления RK и фиксируется отсутствием тока в цепи гальванометра Г при положении 2 переключателя II. При этом EX равно:

(1.25)

где R’K — значение компенсационного сопротивления RK при компенсации э. д. с. E’X.

Достоинство компенсационного метода измерения заключается в том, что, во-первых, в момент измерения ток в цепи гальванометра отсутствует, что возможно при очень большом входном сопротивлении прибора, а значит, измерение производится без потребления мощности от измеряемого объекта; во – вторых, измеряемая величина определяется через э. д. с. нормального элемента и образцовые сопротивления, выполненные с высокой точностью.

Точность компенсационной схемы определяется тремя факторами:

а) точностью установления и поддержания рабочего тока IP;

б) точностью изготовления и подгонки образцового RN и компенсационного сопротивления RK;

в) чувствительностью нулевого индикатора.

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2019 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.002 с) .

Похожие статьи:

  • Медные провода индукции Тест по физике на тему "Электромагнитная индукция" Тест 11-1(электромагнитная индукция) 1. Кто открыл явление электромагнитной индукции? А. X . Эрстед. Б. Ш. Кулон. В. А. Вольта. Г. А. Ампер. Д. М. Фарадей. Е. Д. Максвелл. 2. Выводы […]
  • Изоляция провода пв Провод ПВ-1 Провод установочный ПВ-1 — с изоляцией из ПВХ пластиката различных цветов. Расцветка выполняется сплошной или нанесением двух продольных полос на изоляции натурального цвета, расположенных диаметрально. Для проводов, […]
  • Вилка с заземлением с узо тип а 30ма 16а 220в ip30 УЗО 25 А, 30 мА, тип А, 4 полюса, CD425J Hager Внимание! Раздаем скидки всем желающим! Розетки и выключатели Legrand, Hager -20% от цен сайта, теплый пол и обогреватели -15% от цен сайта и др. Подробнее здесь.. Внешний вид и описание […]
  • Abb узо 63 Узо - устройство защитного отключения ABB FH 202 63А/0.03 Описание узо ABB 2х пол. 63А 30ма Устройства дифференциального отключения (узо) ABB 2х пол. 63А 30ма предназначены для защиты людей и электроустановок от короткого замыкания на […]
  • Контакторы и реле максимального тока Elektropřístroj s. r. o. МИНИКОНТАКТОРЫ КОНТАКТОРЫ ТЕПЛОВЫЕ РЕЛЕ МАКСИМАЛЬНОГО ТОКА РЕЛЕ ВРЕМЕНИ ПУСКАТЕЛИ ДВИГАТЕЛЕЙ КУЛАЧКОВЫЕ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛИ Транскрипт 1 Elektropřístroj s. r. o. МИНИКОНТАКТОРЫ КОНТАКТОРЫ ТЕПЛОВЫЕ РЕЛЕ МАКСИМАЛЬНОГО […]
  • Схема соединения трёхфазного двигателя в однофазную сеть Как запустить трёхфазный электродвигатель в однофазной сети. Положение "треугольник" на клеммнике двигателя. Соединение обмотки в треугольник. Для примера схема соединений обмотки 1500 об. мин., количество параллельных ветвей а=1. […]