Измерение средних и малых сопротивлений одинарным мостом

Рис. 3.3.11. Схема одинарного измерительного моста

Мостовой измерительной цепью (или просто мостом) принято называть четырехполюсник, к двум зажимам которого подводится питающее напряжение (ток), к двум другим присоединяется указатель равновесия (чувствительный индикатор напряжения или тока), а в одну из его внутренних ветвей включается объект, сопротивление которого измеряется. На рис. 3.3.11 приведена схема одинарного измерительного моста постоянного тока. Схема состоит из четырех резисторов, соединенных в виде кольца. К двум противоположным точкам соединения резисторов а и b подключен источник питания, а между двумя другими точками с и d – указатель (индикатор) равновесия схемы. Резисторы R2, R3, R4 и R_х, входящие в схему, называются плечами моста, а цепи питания и указателя – диагоналями. Рассмотрим основные соотношения, характеризующие работу четырехплечего моста. Наиболее распространенным мостом является уравновешенный, характеризующийся отсутствием тока в диагонали указателя. Ток через указатель У может быть равен нулю только при равенстве нулю разности потенциалов между вершинами этой диагонали, т.е. между точками с и d. В свою очередь условие U_cd = 0 соответствует равенству падений напряжений в плечах моста, т.е. условию

Так как ток в указательной диагонали отсутствует, падения напряжения в плечах соответственно равны:

; ; ; .

Подставляя эти значения и деля почленно одно уравнение на другое, получим условие равновесия мостовой схемы, которое можно представить в виде:

или .

Последнее выражение вполне достаточно для определения значения измеряемого сопротивления. Однако в ряде случаев (например, при производстве измерений с высокой точностью, при ограничении мощности источника или мощности рассеивания одного из плеч моста) необходимо знать и параметры мостовой схемы (входное и выходное сопротивления, токи в диагоналях и ветвях и др.). Данный на рис. 3.3.11 мост называют магазинным, т.к. R2, R3, R4 являются магазинами образцовых сопротивлений, изменяя величину которых добиваются равновесия моста.

Рис. 3.3.12. Схема реохордного (линейного) моста

Рис. 3.3.13. Схема двойного измерительного моста

Кроме магазинных мостов, применяются реохордные мосты (рис. 3.3.12), плечи которых представляют собой калиброванную манганиновую проволоку – реохорд, разделенный подвижным контактом на две части – два плеча моста. Сопротивление проволоки неизменного сечения и однородного материала пропорционально длине, поэтому отношение сопротивлений участков ее равно отношению их длин:

Это отношение дано на шкале моста и определяется по положению движка. Такие мосты имеют меньшую точность (погрешность примерно ± 2 %) вследствие неравномерного износа реохорда.

При измерениях на одинарных мостах в результат измерения входят сопротивления соединительных проводов, контактов и т.п. Для исключения связанной с этим погрешности при измерениях сопротивлений менее 1 – 10 Ом используют двойные мосты (рис. 3.3.13). Сопротивления резисторов R_х, R7, R4 обычно мало, поэтому большая часть тока I протекает по этим элементам схемы. Потенциальные зажимы резисторов R_х и R4 включаются в плечи моста, образуемые резисторами R2, R3, R5 и R6. Так как их сопротивления выбираются сравнительно большими, влияние подводящих проводов и переходных сопротивлений контактов, которые оказываются включенными в эти плечи, на результат измерения не влияют. В уравновешенном состоянии ток через измерительную диагональ cd моста отсутствует. При этом

После деления всех уравнений на I_х и исключения I₂ / I_х и I₅ / I_х находим

Во избежание погрешности, которую может внести второе слагаемое, его стремятся уменьшить, для чего перемычку R7, соединяющую резисторы R_х и R4, делают из толстого провода или шины и, кроме того, стремятся выполнить условие R7 » 0 и R₂/R₃ = R₅/R₆.

Тема 3.4 Измерение активной и реактивной мощности

Студент должен

знать:

- приборы для измерения;

- схемы подключения приборов;

- основные параметры приборов;

уметь:

- выбирать предел измерения прибора;

- подключать прибор для измерения физической величины.

Измерение мощности в цепях постоянного тока. Электродинамический ваттметр в цепи переменного тока. Измерение активной и реактивной мощности в цепях трехфазного переменного тока. Подключение ваттметров через измерительные трансформаторы тока и напряжения. Определение пределов измерения.

Материал для изучения

Рис. 3.4.1. Схема устройства и соединения электродинамического ваттметра и обозначение измерительного механизма ваттметра

Рис. 3.4.2. Схема соединения ваттметра

Мощность цепи постоянного тока можно определить, если измерить напряжение на зажимах цепи вольтметром и ток в ней амперметром. Их произведение и будет равно мощности этой цепи: P = U I. Этот способ не точен, имеет ряд недостатков и применяется редко. Удобней и точней измерять мощность электродинамическим ваттметром. Неподвижная катушка (рис. 3.4.1) включается последовательно с приемником энергии. Поэтому она называется последовательной или токовой. Подвижная катушка вместе с добавочным сопротивлением включается параллельно приемникам энергии на напряжение цепи U. Поэтому она называется параллельной или катушкой напряжения. Сопротивление параллельной цепи R_U вследствие применения добавочного сопротивления постоянно. По параллельной цепи проходит ток I_U = U/R_U, пропорциональный напряжению. Угол поворота подвижной части ваттметра

т.е. он пропорционален мощности. Следовательно, шкала ваттметра равномерная. Изменение направления тока в одной из катушек вызывает изменение направления вращающего момента и направления поворота подвижной части, что делает отсчет по шкале невозможным, так как шкала прибора односторонняя. Поэтому следует различать зажимы ваттметра. Зажим последовательной обмотки, соединяемый с источником питания, называется генераторным. Зажим параллельной цепи, соединяемый с последовательной катушкой, также называется генераторным. Генераторные зажимы отмечаются звездочками. Следовательно, при правильном включении ваттметра токи в его катушках направлены от генераторных зажимов к зажимам, называемым нагрузочными. В схеме на рис. 3.4.2 параллельная цепь ваттметра находится под напряжением U¢, большим, чем напряжение приемников U на падение напряжения в последовательной катушке, ток которой равен I. Следовательно,

Рис. 3.4.3. Схема соединения ваттметра

Рис. 3.4.4. Неправильная схема соединения ваттметра

таким образом, мощность, измеряемая ваттметром, равна мощности приемников, подлежащей измерению, и мощности последовательной катушки ваттметра.

В схеме на рис. 3.4.3 ток в последовательной катушке ваттметра больше тока I в приемниках на значение тока I_U в параллельной цепи ваттметра, напряжение на которой равно напряжению приемников. Следовательно,

т.е. мощность, измеряемая ваттметром, равна мощности приемников энергии и мощности параллельной цепи ваттметра.

При точных измерениях вводят поправки в результат измерения, обусловленные мощностью его обмотки. При меньшей точности измерений, когда поправки не вводятся, пользуются схемой рис. 3.4.2, ток как обычно мощность последовательной обмотки меньше, чем параллельной, и показания ваттметра будут более точными. На рис. 3.4.4 генераторные зажимы ваттметра соединены неправильно через добавочное сопротивление, и, следовательно, разность потенциалов между концами катушек равна напряжению сети (240 – 600 В). Таким образом, изоляция катушек, находящихся близко одна от другой, подвергается опасности пробоя. Кроме того, может возникнуть дополнительная погрешность вследствие электростатического взаимодействия между катушками ваттметра.

⇐ Предыдущая 10 11 12 13 141516 17 18 19 Следующая ⇒