В чем заключается метод компенсации при измерении эдс какие величины компенсируют друг друга
Обновлено: 04.07.2024
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.
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:
Еизм=√(U2а-б+U2в-г;); φ=arctg(Uв-г/Uа-б).
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%.
Читайте также: