8.2 Компенсаторы постоянного тока

8.2 Компенсаторы постоянного тока

Рассмотренные ранее приборы электромеханической группы являются

приборами непосредственной оценки измеряемого параметра и все (в большей или меньшей степени) потребляют мощность из измерительной цепи,что может приводить к нарушению работы исследуемого обьекта. Измерение тока и напряжения аналоговыми электромеханическими приборами возможно в лучшем случае  с погрешностью 0,l % (класс точности прибора 0,1).Более  точные измерения можно выполнить методом сравнения с мерой. Средства измерений, использующие метод сравнения, называются компенсатора­ми или потенциометрами.

  Компенсаторы — приборы в которых измерение производится методом сравнения измеряемой величины с эталонной. Принцип действия компенсатора основан на уравновешивании (компенсации) измеряемого напряжения известным падением напряжения на образцовом резисторе. Момент полной компенсации фиксируется индикаторным прибором (нуль-индикатором), Раз­работаны компенсаторы переменного и постоянного тока. Компенсационный метод применяется также в цифровых измерительных приборах.

 

Упрощенная принципиальная схема компенсатора nocтоянного  тока для измерения напряжения Ux, показана на рис. 8.4.

Источник, постоянного напряжения Е 0 обеспечивает протекание рабочего тока Iр по цепи, состоящей из последовательно включенных измерительного

Rи , установочного (образцового) Rу и регулировочного R рег резисторов. В ка­честве источника образцовой ЭДС (меры ЭДС) используется нормальный элемент Енэ — изготавливаемый по специальной технологии гальванический

элемент,    среднее значение ЭДС которого при температуре 20° С известно с точностью до пятого знака и равно Енэ = 1,0186 В. Установочный резистор

R у , представляет собой катушку сопротивлений специальной конструкции с точно известным и стабильным сопротивлением. В схеме элементНИ — нуль-индикатор, реагирующий на очень маленькие постоянные токи (чувст­вительность по току S ни — порядка 10 -10 дел/А).

Рис 8.4 Упрощенная принципиальная схема компенсатора постоянного тока.

 

Относительная погрешность нормального элемента может быть в преде­лах от 0,02 до 0,0002 %. С помощью переключателя нуль-индикатор вначале включается в цепь установочного сопротивления Rу (положение переключателя 1). При этом регулировочным сопротивлением Rрег  добиваются отсутствия тока в цепи нуль-индикатора. Это означает, что Iр Rу= Енэ, откуда значение рабочего тока определяется через соотношение Iр = Енэ / Rу=10-nА(для каждого типа компенса­тора величина п — число индивидуальное и неизменное, что обеспечивается по­стоянством параметров источника напряжения Енэ и установочного сопротивления Rу ). Затем нуль-индикатор включается в измерительную цепь (положение переключателя 2) и изменением измерительного сопротивления Rи -добиваются нулевого тока, а значит; равенства Ux=IрR= ЕнэR/Rу. Итак, измеряемое напряже­ние определяется с достаточно высокой точностью и без нарушения работы из­мерительной цепи, так как в момент измерения ток через индикатор не протекает

С помощью компенсатора можно также определять ток в исследуемом устройстве, преобразовав его предварительно в напряжение согласно форму­ле Ix = Ux/R 0 , где R 0 — образцовое сопротивление.

При измерениях напряжений на производстве применение находят авто­матические компенсаторы, в которых поддерживается разностное значение △ Ux = Iр Rнач- Iр Rкон        0 с    помощью следящей системы. Здесь Rнач и Rкон  — части измерительного сопротивления в начале и конце цикла слежения.

В современных конструкциях компенсаторов вместо нормального эле­мента часто применяются эталонные (в частности стабилизированные) ис­точники напряжения с более высоким значением коэффициента стабилиза­ции, что позволяет расширить верхний предел измерения компенсатора до нескольких десятков вольт.

Погрешность компенсатора постоянного тока определяется погрешностями резисторов Rи, Rу , ЭДС нормального элемента Енэ , а также чувствительностью нуль-индикатора. Современные потенциометры постоянного тока имеют класс точности от 0,0005 до 0,2. Верхний предел измерения до 1…2,5 В. При достаточной чувствительности нуль-индикатора нижний  пре­дел измерения может составлять единицы нановольт.        

Компенсационные методы используются также для измерений и на пере­менном токе.