Реферат: 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 R_K обеспечи­вают неизменность его полного значения, а сле­довательно, и неизмен­ность тока I в момент компенсации, если ЭДС вспомогательного источ­ника E_всп — 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 R_H 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 U_x и образ­цовым U_K напряжениями. Магнитоэлектрический аналоговый или цифровой вольтметр У₂ используется для измерения образцового напряжения 1/_к. Рекомендуется при U_K — 0 измерить вольтмет­ром V1 ориентировочное значение U_x, а уже затем установить по вольтметру V₂ удобное для отсчета напряжение U_K. Измеряемое напряжение U_x при указанной полярности включения вольт­метра V1 определяется как U_x=U_K +∆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 V_t. 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 R_к, 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 V_х луч света, отраженный от зеркала, одинаково освещает фотосопро­тивления, в результате ток Iк = 0. При подаче на вход измерителя напряжения U_x 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 U_х сопротивление фоторезистора ФR1 уменьшится, а ФR₂ увеличится. Через резистор R_K потечет ток I_к, создавая на R_K компенсирующее напряжение U_K, почти равное измеряемому напряжению U_x. Значение тока I_к авто­матически изменяется в зависимости от изменения измеряемого напряжения U_x, но всегда так, что выполняется условие U_x ~ U_K обеспечиваемое за счет небольших изменений тока Iг в цепи галь­ванометра:

Iг -= (U_x – UK)/(Rr + R_K) = ∆U/(Rr + R_K). (7.8)