высокий класс точности (0,5 ...0,05). К недостаткам приборов отно­ сятся: низкая чувствительность, слабое собственное электрическое поле (для защиты от внешних электрических полей их помещают в металлический заземленный экран).

Индукционные приборы

Работа индукционных приборов основана на взаимодействии маг­ нитных полей, наведенных токами в диске подвижной части измери­ тельного механизма. Индукционные измерительные механизмы наш­ ли применение в счетчиках электрической энергии для цепей пере­ менного тока промышленной частоты. На рис. 30 приведена схема измерительного механизма однофазного счетчика, а на рис. 31 — его векторная диаграмма. На их примере рассмотрим принцип дей­ ствия индукционных приборов.

Измерительный механизм имеет два независимых магнитопровода 2 и 5, разнесенных на угол W. Обмотка 1 одного из магнитопроводов является обмоткой напряжения, имеет большое число витков и значительную индуктивность (поэтому ток в обмотке отстает от на­ пряжения на угол, близкий к 90°). Обмотка 6 является токовой, име­ ет небольшое число витков сравнительно большего диаметра. Токи силой / Аи / 2 порождают магнитные потоки <X>t и Ф2, которые, пересе­ кая алюминиевый диск 3, расположенный на оси 4, индуцируют в нем ЭДС. Диск охвачен полюсными наконечниками магнита 7, выполня­ ющего роль магнитоиндуктивного успокоителя. Под действием ин­ дуцируемых в диске ЭДС появляются вихревые токи силой /[ и /г, при взаимодействии которых с магнитными потоками Фх и Ф2 воз­ никает вращающий момент М вр. Поворот диска (число оборотов дис­

нулем посредине), которые образуют соответственно диагональ пита­ ния и измерительную (индикаторную) диагональ.

Сила тока в диагонали cd

уравновешенным. Мосты, в которых измеряемая величина опреде­ ляется по силе тока / или напряжению U, называются неуравнове­ шенными. Из выражения (80) следует, что мост будет находиться в равновесии, когда

Из условия равновесия моста можно определить неизвестное сопро­ тивление Rx:

т. e. значение Rx сравнивается со значением Rx в масштабе отноше­ ния R 2/R 3. Резистор R1 имеет переменное сопротивление, значение которого для каждого положения ползунка известно и отложено на шкале в масштабе R 2/R 3.

Для мостов переменного тока условие равновесия выражается

Условие равновесия выполняется, если

Из системы (85) следует, что для достижения равновесия мостов переменного тока необходимо регулировать не менее двух парамет­

где Zx, Z2t Z 3, Zx и ф1? ф2, ф3, фа. — соответственно модули полных сопротивлений и углы сдвига тока относительно напряжения в со­

ответствующих плечах. Равенство (86) выполняется при ZXZ 3 r—ZyZ^.

ложных плеч должен быть включен элемент индуктивности, а в дру­ гое — резистор; если активные сопротивления имеют два смежных плеча, то в других смежных плечах должны быть включены элемен­ ты индуктивности или емкости.

Измерительные мосты постоянного тока изготовляют в виде мно­ годекадного рычажного магазина резисторов, используемого для плавного ручного уравновешивания (по схеме рис. 33, а декады включаются в плечо ad). Значение наименьшей декады обычно рав­ но 0,1; 0,01 или 0,001 Ом, наибольшей 105Ом.

Процесс измерения с помощью моста заключается в том, что к од­ ному из плеч (на рис. 33, а — в плечо ас) подключают резистор R x и, изменяя сопротивление Rlt добиваются отсутствия тока в измери­ тельной диагонали. Значение Rx (Zx) определяют на основании выра­ жения (82) по шкале. При двухзажимной схеме (рис. 33, а) включе­ ния резистора R x сопротивления соединительных проводов г1 и г2 вносят погрешность в измерения. Четырехзажимная схема под­ ключения резистора R x (рис. 33, б) позволяет исключить влияние, сопротивлений проводов, так как они (гЗ и г4) включаются в диагона­ ли моста и в условие равновесия моста не входят.

Одинарный мост даже при четырехзажимном включении резисто­ ра Rx дает большие погрешности вследствие влияния сопротивлений соединительных проводов и переходных сопротивлений контактов в местах присоединения резистора измеряемого сопротивления к мо­ сту. Особенно велики погрешности при измерении малых сопротив­ лений (порядка 10~4 ... 10-8 Ом). При измерении весьма малых со­ противлений (для 10~8 Ом) применяют двойные мосты (рис. 34).

Для уравновешенного двой­ ного моста 1)аЪ — 0, поэтому

Элемент, имеющий сопротивление г, изготовляют в виде короткого отрезка медного провода большого сечения. С учетом этого вторым слагаемым выражения (88) можно пренебречь:

Предельно допустимое значение основной погрешности мостов постоянного тока, выраженное в процентах,

б (х) = ±lc + d (Rx/Rh - 1)],

где R k — конечное значение сопротивления данного диапазона из­ мерений.

Схема емкостного моста приведена на рис. 35, а. В плечи моста включены: измеряемый конденсатор Сх, конденсатор образцовой ем­ кости С„ (или магазин емкостей), магазин сопротивлений RHи ре­ зисторы R1 и R2 (обычно магазины сопротивлений). Полные сопро­ тивления плеч моста:

Z1 = Rx + 1/(/шС,); Z 3 = R„ + 1/(/<оС„);

“ Ri* = R%-

Условие равновесия моста:

Из (90) получаем два условия равновесия моста: Rx — RH(R1/R2)\ Сх = Сн (R2/RI)>

Измерение осуществляют следующим образом. Установив зна­ чение RH = 0, изменяют отношение плеч Rz/R1 до тех пор, пока нуль-индикатор не укажет ток наименьшей силы. После этого, из­ меняя сопротивление RH, добиваются дальнейшего уменьшения силы тока. Затем снова изменяют отношение R2/Rlt пока не будет найдено положение равновесия. Равновесия можно достичь и изменением емкости Сн.

Угол потерь а, дополняющий до 90° угол сдвига тока относи­ тельно напряжения, определяется из выражения tga = ®RXCX =

Схема индуктивного моста для измерения индуктивности и доб­ ротности катушек приведена на рис. 35, б. Одно из плеч моста об­ разовано испытуемой катушкой, индуктивность которой Lxt а дру­ гое — образцовой катушкой индуктивностью (магазин индуктивно­ стей) LH.

В остальные два плеча включены магазины сопротивлений Rx и R2. Сопротивления плеч моста в комплексной форме

Последовательность уравновешивания этой схемы (рис. 35, б) та­ кая же, как и схемы емкостного моста (рис. 35, а).

Добротность катушки

Q = (aLx/Rx.

Промышленные мосты переменного тока обычно выполняют уни­ версальными, содержащими набор образцовых резисторов, конден­ саторов и катушек индуктивности постоянной и переменной величи­ ны. С помощью переключателя рода измеряемой величины состав­ ляется одна из рассмотренных выше схем. Диапазон измерений мос­ тов: емкости 10~в ... 108 мкФ, индуктивности 10-e ...102 Гн, сопро­ тивления 1...10® Ом, тангенса угла потерь 10~4 1. Основная по­ грешность измерения: емкости 0,02 %, индуктивности 0,05 %, со­ противления 0,1 %, тангенса угла потерь 1 %.

Для точных измерений параметров цепей переменного тока, а также магнитных характеристик материалов находят применение трансформаторные мосты (рис. 36). Мост будет уравновешен, когда напряжения на вторичных обмотках трансформатора равны по зна­ чению и совпадают по фазе с падениями напряжений на Zx и Z2. Если принять, что напряжения на вторичных обмотках пропорцио­ нальны числу витков, а также не учитывать потоков рассеяния об­ моток, то условие равновесия можно представить в виде

ZJ/ZJ = wx/w2.

Схемы трансформаторных мостов позволяют производить изме­ рения с точностью 0,01...0,002 %.

В автоматических мостах для уравновешивания используют ре­ версивный двигатель, который присоединяют к выходу полупровод-

Рис. 36. Схема трансформаторного моста

никового усилителя, включаемого в измеритель­ ную диагональ моста. Двигатель перемещает ползунок переменного резистора (реохорда) и стрелочный указатель прибора до полного урав­ новешивания моста. Автоматические мосты обыч­ но используют для измерения неэлектрических величин (температуры).

3.4. КОМПЕНСАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ

Компенсаторы относятся к приборам сравне­ ния, их подразделяют на две группы: для цепей постоянного и переменного тока.

Принцип действия компенсаторов напряжения (потенциометров) постоянного тока (рис. 37, а) заключается в том, что измеряемая ЭДС Е х (или напряжение Ux) уравновешивается соответствующим падением напряжения UK= / кгк, возникающим на компенсацион­ ном сопротивлении RK(реохорде) при прохождении по нему тока / „ от внешнего источника напряжения G.

Для измерения Ех ручкой 2 перемещают указатель / и ползунок реохорда, изменяя тем самым гк, до тех пор, пока стрелка нуль-при­ бора не покажет отсутствие тока в цепи (/а = 0). Это произойдет при

Так как значение гк точно известно (отложено на шкале 3 в масштабе / х), то по выражению (96) можно определить измеряемую ЭДС в мо­ мент, когда / 2 = 0.

Рассмотренный способ требует постоянства значения силы рабо­ чего тока /j во время измерений. Для установки определенного зна­ чения силы рабочего тока схему потенциометра дополняют третьим контуром (узлом установки силы рабочего тока), рис. 37, б. В этой

Рис. 37. Схемы компенсатора:

« — упрощенная; б — с узлом установки силы рабочего тока

Для установки силы рабочего тока переключатель SA переводят в положение К («Контроль»). При этом для контура 3 Eh —

— 13Rp Ч” ПРи = / 3Rp Ч" IiRh Ч- IzRht откуда

После установки силы рабочего тока переключатель SA перево­ дят в положение И («Измерение») и перемещением ползунка реохорда добиваются нулевого показания нуль-прибора. При этом с учетом выражений (96) и (98)

Таким образом, измерение Ех сводится к сравнению этогозначения со значением ЭДС нормального элемента в масштабе отношения г\JRH■

Высокая точность измерения потенциометром обусловлена тем, что при подсчете измеряемой ЭДС исходят из значений Eh и сопро­ тивлений Rh и R K, полученных с очень большой точностью. Кро­ ме того, в момент компенсации ток в измерительной цепи практиче­ ски отсутствует, следовательно, практически отсутствует методиче­ ская погрешность, вызываемая потреблением энергии от исследуе­ мого объекта, и исключается влияние сопротивления соединитель­ ных проводов # л (рис. 37, а).

Предел допускаемой основной приведенной погрешности для по­