12.13. Компенсационный метод измерения

Основное назначение компенсационного метода — это измерение малых ЭДС, например термопары, и градуировка электроизмерительных приборов.

Простейшая принципиальная схема для измерения малых ЭДС показана на рис. 12.33. Вспомогательный источник регулируемого постоянного тока / (реостатом с сопротивлением r_р) подключен к потенциометру с сопротивлением r n. Разность потенциалов точек а и b пос­леднего уравновешивает измеряемую ЭДС (Е_х = U_aЬ), а разность потенциалов точек с и d. — ЭДС образцовой меры — ЭДС нормального элемента (E_н,э = U_сd-

Для компенсации измеряемойЕ_х и нормальной Е_н,э ЭДС нужно перемещать подвижные контакты b и с до тех пор, пока гальванометры Г₂ и Г₁ не покажут отсутствие токов. Значение ЭДС Е_н,э известно точно, поэтому после компенсации ЭДС Е_н,э по отмеченному значению сопротивления r _х рассчитывается точное значение тока в потенциометре I = Е_н,э /r₁ Значение измеряемой ЭДС определяется из условия Е_х = U_аЬ == r₂I= (r₂/r₁) Е_н,э в котором значения r ₁ и r ₂ отсчитываются на шкале потенциометра.

Важное преимущество компенсационного метода — возможность измерять (или использовать для управления) ЭДС объектов малой мощности. На рис. 12.34 приведена схема компенсационного метода градуировки амперметра и вольтметра. Установив положения движков потенциометров так, чтобы токи нормальных элементов равнялись нулю, и зная сопротивления потенциометров, получим соответствие между отклонениями стрелок амперметра и вольтметра и значениями измеренных токов

Изменяя сопротивления регулируемых резисторов r₅ и r₆, можно проградуировать шкалы амперметра и вольтметра.

12.14. Электронные измерительные приборы. Электронный вольтметр

Одним из основных недостатков показывающих вольтметров с электромеханическими измерительными механизмами является относительно малое сопротивление цепи вольтметра (5—10 кОм), которое принято называть его входным сопротивлением. Объясняется это тем, что для получения достаточно большого вращающего момента, действующего на подвижную часть измерительного механизма в таких приборах, необходимо, чтобы ток в катушках (рис. 2.11, 2.16 и др.) был достаточно большим. Такими вольтметрами нельзя пользоваться при измерении напряжения на резисторе, сопротивление которого соизмеримо с входным сопротивлением вольтметра (см. рис. 12.2).

У электронных вольтметров большие входные сопротивления (до 10 МОм), что существенно расширяет возможную область их применения. Кроме того, электронные вольтметры могут иметь очень высокую чувствительность.

Существует много разновидностей электронных вольтметров. Рассмотрим одну из возможных схем (рис. 12.35), выполненную как мост постоянного тока. В два плеча моста включены одинаковые электронные лампы — триоды Л₁ и Л₂. Потенциометр П₁ служит для компенсации различия параметров этих ламп при установке нуля. Равновесие моста определяется по нулевому положению стрелки включенного в диагональ моста показывающего прибора с электромеханическим измерительным механизмом (например, магнитоэлектрическим гальванометром) при короткозамкнутых входных выводах. В этом случае у обеих ламп действуют одинаковые напряжения между сеткой и катодом:

Где I_a = I_a1 = I_а2 — одинаковые токи ламп.

При помощи потенциометра П₂ можно изменять режим работы ламп. Если на вход вольтметра подано измеряемое напряжение U_х, то равновесие моста нарушится и появится ток в диагонали моста.

Отклонение стрелки прибора пропорционально значению измеряемого напряжения. Регулируемый резистор r_р служит для калибровки вольтметра и изменения пределов измерения.

Так как индикатором в электронном вольтметре служит показывающий прибор с электромеханическим измерительным механизмом, то точность электронного вольтметра не может быть выше точности последнего. В действительности точность электронного вольтметра из-за неидентичности ламп ниже точности индикатора. Большое входное сопротивление электронного вольтметра получается вследствие малого сеточного тока лампы Л₁. Высокая чувствительность электронного вольтметра объясняется тем, что небольшое изменение измеряемого напряжения приводит к сильной разбалансировке моста и достаточно большому току в диагонали моста, где находится показывающий прибор.

Постоянный ток при помощи электронного вольтметра измеряется косвенно путем измерения падения напряжения, вызываемого этим током на резисторе с малым сопротивлением.

Вместо ламп в электронном вольтметре могут использоваться транзисторы. Однако в этом случае входное сопротивление электронного прибора уменьшается.