8.4.2 Компенсационные измерительные цепи
Компенсационные цепи предназначены для сравнения двух независимых токов или напряжений нулевым методом сравнения (методом компенсации). На рис. 8.28 показана схема простейшей компенсационной цепи, используемой для измерения ЭДС Е1. Если контур компенсации Z1, Z2, E2 выполнить c учетом условия:
Ż1
——— Ė2 = Ė1
Ż1+Ż2
то напряжение и ток в цепи сравнивающего устройства отсутствует, т.е. цепь уравновешена. По известным Ż1, Ż2, Ė2 после уравновешивания цепи можно определить неизвестную Ė1. В отличие от мостовых схем, в условие равновесия компенсационных схем входит ЭДС. Так как ток через сравнивающее устройство не течет, то работа схемы не зависит от величины внутреннего сопротивления Z источника, измеряемой ЭДС Е1. Компенсаторы, называемые также потенциометрами, используют для измерения напряжений. В зависимости от вида измеряемого напряжения различают компенсаторы постоянного и переменного тока.
В компенсаторах постоянного тока компенсирующая ЭДС Е2 может быть задана с высокой точностью при помощи нормальных элементов, а компенсация производится магазином сопротивлений Z2. В качестве сравнивающего устройства применяют гальванометрические нуль-органы. Классы точности компенсаторов постоянного напряжения от 0,0005 и хуже. Максимальное значение напряжения, которое может быть измерено компенсатором непосредственно, 2,12111 В. При измерении больших напряжений применяют входной делитель напряжения, но при этом теряется важное достоинство метода - отсутствие тока, отбираемого от измеряемой цепи, при равновесии схемы.
Для защиты гальванометра от перегрузок последовательно с ним включают резистор до 20 МОм, который по мере уравновешивания цепи уменьшают до нуля, увеличивая тем самым чувствительность цепи.
Компенсаторы постоянного тока применяют для точных измерений ЭДС, а также для поверок показывающих приборов – вольтметров, амперметров и ваттметров.
Z Ż2
Ż1 Ė2
E1
Рис. 8.28 - Компенсационная цепь
На переменном токе возможны два пути создания компенсационных цепей: регулированием модуля и фазы компенсирующего напряжения (полярно-координатные компенсаторы) или использованием двух регулируемых напряжений, сдвинутых по фазе на π/2 (прямоугольно- координатные компенсаторы). В связи с тем, что на переменном токе нет нормальных элементов, точность задания компенсационного напряжения гораздо хуже, чем на постоянном токе. Классы точности компенсаторов переменного тока не лучше 0,2. В качестве нуль-органа используется вибрационный гальванометр.
8.4.3 Автоматические мосты и компенсаторы
Автоматическими называют мосты и компенсаторы (потенциометры), у которых процесс уравновешивания автоматизирован. Они применяются в тех случаях, когда необходимо непрерывно индицировать (или регистрировать) измеряемую величину. Автоматические мосты и компенсаторы с дополнительным регулирующим устройством применяются для автоматического регулирования контролируемого технологического параметра. Примером использования автоматических мостов и компенсаторов может служить непрерывное измерение и регулирование температуры с помощью терморезистивных датчиков (мосты) или термопар (потенциометры). На рис. 8.29 приведена схема автоматического моста для измерения температуры или любого другого параметра, влияющего на величину сопротивления резистивного датчика rx. Два плеча мостовой схемы образованы постоянными резисторами r3, r4, а два других плеча - датчиком rx , резистором r2 и реохордом r1. Ползун реохорда через механическую передачу связан с валом реверсивного двигателя РД. Когда мост уравновешен, напряжение в выходной диагонали моста равно нулю и сигнал на входе электронного усилителя ЭУ отсутствует; при этом ротор двигателя неподвижен.
rx
r1 r2
ЭУ
r3 r4 РД
U
Рис. 8.29 - Автоматический мост
Если температура контролируемой среды изменится, изменится величина сопротивления датчика rx , появится разбаланс моста. Величина и фаза напряжения разбаланса определится величиной rx. Напряжение разбаланса усиливается по напряжению и по мощности электронным усилителем и вызывает вращение двигателя в направлении, способствующим устранению разбаланса. Движок реохорда r1 займет новое установившееся положение. Каждому значению температуры будет соответствовать свое положение движка реохорда и связанной с ним стрелки прибора. Шкала указателя градуируется непосредственно в единицах температуры. Мощность двигателя автоматических мостов и потенциометров берется в пределах 10-12 Вт. Порог чувствительности, при котором происходит пуск двигателя, составляет примерно 0,2 % от верхнего значения шкалы.
Классы точности серийных автоматических мостов 1,0 – 1,5, а компенсаторов - до 0,2 .