Реактивную энергию измеряют специальными индукционными счетчиками реактивной энергии.

5.4. Мостовые и компенсационные методы измерений

Мостовые и компенсационные методы измерения относятся к методам сравнения. В этих методах измеряемая величина сравнивается с образцовой мерой. Техника измерения сложнее, чем с помощью приборов прямых измерений, но точность значительно выше.

5.4.1. Мостовые методы измерения

Измерительный мост – устройство, позволяющее измерить параметры резисторов, катушек индуктивности и конденсаторов. Для измерения параметров катушек индуктивности и конденсаторов применяются мосты переменного тока. Для измерения сопротивлений резисторов применяются мосты постоянного тока (рис. 45).

Рис. 45

Измерительный мост имеет четыре плеча и две диагонали; в диагональ сd включен нуль-индикатор (НИ – гальванометр постоянного тока), а в диагональ ab – источник ЭДС (E).

В плечи моста включены: Rx = R1 – неизвестное сопротивление; R3, R4 – плечи отношения; R2 – плечо сравнения – регулируемый резистор.

63

Равновесия моста добиваются путем регулирования сопротивления резистора R2 так, чтобы показания HИ были бы равны нулю т. е. Iни = 0, это значит, что потенциал точки с равен потенциалу точки d

( с = d), тогда ток I1 равен току I2 (I1 = I2), а ток I3 равен току I4 (I3 = I4). Учитывая вышесказанное, по II закону Кирхгофа для левого и

правого контура можно записать

Rx I1 = R3 I3,

R2 I2 = R4 I4.

Если разделить почленно верхнее уравнение на нижнее и учесть равенство токов, то получим

Rx		R3	откуда	Rx R4 R3 R2 .
R2		R4

Вышеуказанное уравнение является условием равновесия моста:

произведения сопротивлений противоположных плеч равны между собой.

Отсюда находится неизвестное сопротивление, которое равно:

Rx R2 R3 .

R4

Кроме уравновешенных мостов существуют неуравновешенные мосты, в которых процесс уравновешивания не доводится до конца и на диагонали моста cd остается напряжение Ucd, фиксируемое выходным прибором, по показаниям которого судят о значении измеряемого сопротивления или связанной с ним неэлектрической величины.

5.4.2. Понятие о мостах переменного тока

Мосты переменного тока (рис. 46) применяются для измерения индуктивностей, емкостей и взаимной индуктивности.

В общем случае уравнение равновесия моста можно представить в виде

64

Z 1 Z 2 Z 3 Z 4 ,

т. е. так же, как в мостах постоянного тока, в мостах переменного тока произведение сопротивлений противоположных плеч равны между собой.

c

R1		-j xc
Z1		Z 3
a	НИ	b
j xL		R2
Z 2	d	Z 4

Рис. 46

Поскольку сопротивления моста переменного тока выражаются в комплексном виде

( Z	1`	Z e j 1 ; Z		2	Z	2	e j	2 ; Z		3	Z	3	e j	3 ; Z			4	Z	4	e j	4 ),
		1
условие			равновесия моста записывается следующим образом
					Z e j		1 Z	4	e j	4	Z	2	e j	2 Z	3	e j		3 .
					1

Тогда получаем два условия равновесия моста

Z1Z4 Z2 Z3 ;

1 4 2 3

Для конкретной схемы (рис. 46) – условие равновесия моста

	R 1R 2 = x L x C,
	0 + 0 = 90		– 90 .
	Учитывая, что xL = L и xC =	1	, получим	L	= R2C.
		ω C		R
				1

65

Таким образом, при помощи моста переменного тока можно измерять параметры индуктивного или емкостного элемента, если параметры других элементов моста известны.

Для повышения производительности и точности измерений применяются мосты с встроенной микропроцессорной системой.

Нажатием соответствующих клавиш на панели управления задают вид измеряемого параметра, значение частоты напряжения генератора и форму представления результата.

Микропроцессор по команде с панели управления включает генератор и считывает программу из постоянного запоминающего устройства, определяющую последовательность операций. Переменное напряжение разбаланса моста преобразуется в постоянное напряжение, а затем с помощью аналого-цифрового преобразователя

– в числовой эквивалент, с помощью которого микропроцессор регулирует цепь моста до состояния равновесия.

При достижении равновесия моста микропроцессорная система выполняет необходимые вычисления для получения результата измерения, преобразует его и выводит на дисплей в требуемой форме.

5.4.3. Компенсационные методы измерения

Компенсационный метод измерения положен в основу приборов сравнения второй группы – потенциометров. Основное назначение компенсационного метода – измерение малых ЭДС, (например,

ЭДС термопары) и градуировка электроизмерительных приборов.

Сущность метода состоит в сравнении неизвестной ЭДС или напряжения с известным, взятым за образец.

В основном для измерения малых ЭДС или напряжений применяются потенциометры постоянного тока. Потенциометры переменного тока применяются для измерения магнитных величин.

Простейшая схема потенциометра постоянного тока показана на рис. 47.

Контур I называется цепью рабочего тока. Контуры II и III пред-

ставляют собой измерительную цепь.

66

Рис. 47

В контур I входят:

–Eвсп – вспомогательная батарея;

–Rрег – регулировочный резистор;

–образцовый резистор RN с точным значением сопротивления, который выбирается в зависимости от значения рабочего тока;

–компенсирующий резистор RК с точно известным регулируемым сопротивлением.

В контуры II и III входят:

–Енэ – нормальный элемент, ЭДС которого известна с большой точностью;

–Еx – неизвестная ЭДС;

–НИ – нуль-индикатор.

Первый этап измерения – калибровка потенциометра, т. е. установка рабочего тока. Для этого переключатель П устанавливается в положение 1. С помощью резистора Rрег регулируем рабочий

ток Iраб до тех пор, пока нуль-индикатор не покажет 0, т. е. ток через НИ проходить не будет (Iни = 0). Это означает, что ЭДС нормального

элемента (в контуре II ) уравновешивается падением напряжения на

образцовом резисторе RN , т. е. I раб RN = Eнэ, отсюда

Iраб = Eнэ / RN .

67

Второй этап – собственно измерение ЭДС (переключатель П устанавливается в положение 2). Изменением компенсирующего резистора RК добиваемся того, чтобы ток через НИ опять стал равным нулю. Это значит, что ЭДС Еx уравновешивается падением напряже-

ния на части компенсирующего резистора – RК1 , т. е.:

Iраб RК1 = Ex.

Подставив в последнее выражение уже определенное ранее значение рабочего тока (Iраб), получим значение неизвестной ЭДС

EEнэ R1 .

xRN К

Точность измерения Ex определяется:

–чувствительностью нуль-индикатора НИ;

–неизменностью рабочего тока Iраб, т. е. стабильностью Eвсп ;

–точностью изготовления резисторов RN и RК (последний выполняется в виде высокостабильных многодекадных магазинов сопротивлений).

Выпускаемые потенциометры имеют классы точности 0,005–0,5. Однако максимальное напряжение, которое может быть измерено потенциометрами постоянного тока – не более 2 В.

Важным преимуществом компенсационного метода является возможность измерять (или использовать для управления) ЭДС объектов малой мощности. Существуют схемы компенсационного метода градуировки амперметра и вольтметра. Если установить положение движка потенциометра так, чтобы ток нормального элемента равнялся нулю, то зная сопротивление потенциометра, можно получить соответствие между отклонениями стрелок амперметра и вольтметра и значениями измеренных токов. Изменяя сопротивления регулируемых резисторов в цепях амперметра и вольтметра, можно проградуировать шкалы этих приборов.

Достоинства компенсационных методов измерения:

–высокая точность измерения, так как величины ЕНЭ, RN имеют весьма точные значения;– компенсационная измерительная цепь работает без отбора энергии от объекта измерения, так как I НЭ = 0;

68