8.4. Потенціометри змінного струму

Компенсаційний метод вимірювання без споживання енергії із кола вимірюваної величини, який використовується в потен­ціометрах постійного струму, застосовується і для вимірювання в колах змінного струму.

Прилади, які використовуються для здійснення компенсацій­ного методу вимірювання на змінному струмі, називають потен­ціометрами або компенсаторами змінного струму. В потенціомет­рах змінного струму, так як і в потенціометрах постійного струму, вимірювана напруга компенсується спадом напруги на відомих вимірюваних опорах. Момент компенсації відзначається за відсутністю показів нуль-індикатора, за який при живленні потенціометра змінним струмом промислової частоти застосовують звичайно вібраційний гальванометр. Потенціометрами змінного струму, як і потенціометрами постійного струму, можна вимірю­вати безпосередньо тільки напруги або електрорушійні сили: використовуючи непрямі методи можна виміряти і інші величини. Напруга постійного струму повністю визначається його числовим значенням, напруга змінного струму характеризується не тільки величиною, але і фазою. Повна компенсація (зрівнова­жування) вимірюваної змінної напруги за допомогою спаду напруг на вимірюваних опорах можлива тільки за наступних умов:

а) рівності напруг за модулем;

б) протилежність напруг по фазі;

в) рівність частот обох напруг.

Виконання першої умови — рівність напруг за модулем — досягається простою зміною дільниці вимірювального опору, спадом напруги на якому компенсується вимірювана напруга.

Для виконання другої умови — протилежність напруг по фазі — потенціометри змінного струму влаштовують так, що спад напруги на вимірювальних опорах можна змінювати не тільки за модулем, але і по фазі; цим потенціометри змінного струму суттєво відрізняються від потенціометрів постійного струму. Друга відмінність потенціометрів змінного струму від потенціометрів постійного струму полягає у відсутності в їх схемі нормального елементу. Зумовлено це неможливістю контролювати робочий змінний струм через співставлення його з ЕРС нормального елементу, значення цього струму доводиться встановлювати по звичайному амперметру змінного струму. Остання обставина зумовлює те, що точність вимірювання на потенціометрах змінного струму не перевищує точності приладу класу 0,2. Залежно від способу, яким здійснюється регулювання спаду напруги на вимірювальних опорах, потенціометри змінного струму поді­ляються на полярно-координатні з відліком вектору вимірюваної напруги в полярних координатах і прямокутно-координатні, або комплексні, з відліком двох складових вектора вимірюваної напруги, які зсунуті по фазі між собою на 90°.

Третя умова компенсації змінної напруги — рівність частот — забезпечується при роботі з потенціометрами змінного струму тим, що живлення самого потенціометра і кола, в якому виконується вимірювання, здійснюється від одного і того ж джерела змінного струму.

Перераховані три умови є необхідні і достатні при синусоподібній вимірювальній і компенсуючій напругах. При відхи­ленні форм кривих від синусоїди компенсація можлива тільки при повній ідентичності кривих обох напруг. Ця умова практич­но є невиконуваною, оскільки в схемі майже завжди доводиться вмикати трансформатори, що неминуче веде до більшого чи меншого спотворення форми кривої напруги, яка отримується від джерела живлення. Коло вимірюваної величини і коло самого потенціометра, відрізняючись за своїми елементами, по-різному змінюють форму кривої напруги джерела живлення, внаслідок цього форма кривої вимірюваної напруги майже завжди буде трохи відрізнятися від форми кривої спаду напруг у потен­ціометрі.

Неможливість виконання умови ідентичності кривих не виключає можливості взагалі застосовувати потенціометри на змінному струмі завдяки використанню в якості нуль-індикатора вібраційного гальванометра, що володіє властивістю частотної безперешкодності. Цей прилад, настроєний в резонанс, реагує тільки на основну складову і не реагує на вищі гармоніки.

Потенціометри постійного струму, які мають дуже високу точність, знаходять дуже широке застосування як для дослід­ницьких робіт, так і для повірки показуючих приладів класів 0,1; 0,2 й 0,5.

Потенціометри змінного струму, маючи обмежену точність, що визначається в основному точністю амперметра, по якому встановлюється робочий струм, рідко застосовують для повірки приладів, а використовують тільки для різного роду лабораторних вимірювань у колах змінного струму малої потужності.

Вимірювання напруг, які не перевищують верхню межу вимі­рювання даного потенціометра, виконується безпосередньо; вимірювання більш високих напруг здійснюється так як і потен­ціометрами постійного струму, за допомогою дільників напруг. Вимірювання струму виконується непрямим способом — шляхом вимірювання спаду напруги на зразковому опорі, що вмикається в коло вимірюваного струму.

Найбільш часто потенціометр змінного струму застосовують для вимірювання змінних магнітних потоків при дослідженні різного роду електромагнітних пристроїв: реле, індукційних вимірювальних приладів, лічильників і т.д.