14.5.2 Потенциометры

Принцип действия этих приборов основан на уравновешивании (компенсации) неизвестной ЭДС известным падением напряжения, создаваемым током от дополнительного источника. Схема, поясняющая компенсационный метод измерения ЭДС, показана на рисунке 14.138 Замкнутый контур 1 содержит дополнительный источник тока напряжением E_б и реохорд (компенсационный резистор) R_ab. Этот контур называют компенсационным. Контур измерения 2 включает в себя ТЭП, термоЭДС которого измеряется, и высокочувствительный гальванометр, выполняющий функцию нуль-индикатора (НИ), а также часть R_ac реохорда от точки а до подвижного контакта движка с. Функция нуль-индикатора состоит в обнаружении тока в цепи. Из­меряемый источник включен навстречу дополнительному источнику Е_б так, что токи от обоих источников на участке R_ac идут в одном направлении. Если обозначить ток, проходящий в контуре /, через I_б (рабочий ток), а ток для контура // при некотором положении движка С через I_T, то на основании закона Кирх­гофа для контура // справедливо равенство , где R_НИ и R_BH—сопротивления нуль-индикатора и внешних проводов, включая ТЭП, откуда . Перемещая движок С, можно добиться того, чтобы I_T стал равным нулю. Это определится показанием нуль-индикатора, и тогда справедливо равенство (14.76) /8/

(14.76)

Полученное равенство указывает на то, что если в контуре, где расположен источник измеряемой ЭДС, ток равен нулю, то падение напряжения на участке R_ac служит мерой измеряемой ЭДС. Преимуществом компенсационного метода измерения термоЭДС является отсутствие тока в цепи в момент измерения. Это исключает необходимость учета значений сопротивления внешней цепи и изменения сопротивления этой цепи от температуры.

Компенсирующее напряжение I_бR_ac можно изменять двумя методами:

1) поддерживая значение тока I_б на постоянном уровне, изменять сопротивление R_ac;

2) сохраняя сопротивление R_ac постоянным, изменять значение рабочего тока I_б.

Н аибольшее распространение получил потенциометр с постоянной силой рабочего тока, показанный на рисунке 14.139

Рисунок 14.139 – Схема потенциометра с постоянной силой рабочего тока

Для контроля за постоянством тока I_б предусмотрен дополнительный контур /// — контур нормального элемента. Нормальный элемент представляет собой образцовую меру ЭДС, равную E_НЭ=1,0186 В и сохраняющую это значение рабочего тока при кратковременных и малых нагрузках в течение длительного времени.

При установке ключа Кл в положение К (контроль) проводят сравнение ЭДС нормального элемента E_НЭ с падением напряжения U_da на постоянном резисторе R_K .Если при этом стрелка нуль-индикатора не на нуле, т. е. в контуре /// проходит ток, а это означает, что , то с помощью реостата R_б изменяют ток I_б в контуре / до тех пор, пока стрелка нуль-индикатора не установится на нуле. Тогда .Так как и R_K = 509,3 Ом, то = 1,0186/509,3 =2 мА. После стандартизации значения тока I_б ключ Кл переводят в положение И (измерение) и перемещают движок С реохорда R_ab до установления стрелки нуль-индикатора на нуле. При этом справедливо равенство (14.77) /8/

(14.77)

При равномерной намотке реохорда сопротивления его участков пропорциональны соответствующим длинам, т. е. , и тогда получаем равенство (14.78) /8/

(14.78)

где

Таким образом, измерение термоЭДС сводится к измерению длины l участка реохорда, которая проградуирована в единицах напряжения. Потенциометры, работающие по указанной схеме, имеют высокий класс точности, вплоть до 0,0005.

Схема потенциометра с переменной силой рабочего тока I_б показана на рисунке 14.140. Измеряемая термоЭДС Е_AB(tt₀) компенсируется здесь падением напряжения I_бR_ab на постоянном и известном сопротивлении R_ab путем изменения значения тока I_б в компенсационном контуре / с помощью реостата R_б. Движок последнего перемещается до тех пор, пока нуль-индикатор НИ в контуре // не покажет нуль, при этом отсчитывается значение тока I_б по шкале миллиамперметра. Ввиду того что измеряемая термоЭДС зависит от точности и стабильности показаний миллиамперметра, рассматриваемый потенциометр уступает по точности потенциометру с постоянной силой рабочего тока.

Рисунок 14.140 - Схема потенциометра с переменной силой рабочего тока

В то же время схема потенциометра с переменной силой рабочего тока находит применение, в частности, при построении нормирующих токовых преобразователей.