Компенсаторы постоянного тока
Компенсаторы — приборы в которых измерение производится методом сравнения измеряемой величины с эталонной. Принцип действия компенсатора основан на уравновешивании (компенсации) измеряемого напряжения известным падением напряжения на образцовом резисторе. Момент полной компенсации фиксируется индикаторным прибором (нуль-индикатором), Разработаны компенсаторы переменного и постоянного тока. Компенсационный метод применяется также в цифровых измерительных приборах.
Упрощенная принципиальная схема компенсатора пocтоянного тока для измерения напряжения Ux.
Источник, постоянного напряжения Е 0 обеспечивает протекание рабочего тока Iр по цепи, состоящей из последовательно включенных измерительного Rи, установочного (образцового) Rу и регулировочного R рег резисторов. В качестве источника образцовой ЭДС (меры ЭДС) используется нормальный элемент Енэ — изготавливаемый по специальной технологии гальванический элемент, среднее значение ЭДС которого при температуре 20° С известно с точностью до пятого знака и равно Енэ = 1,0186 В. Установочный резистор R у, представляет собой катушку сопротивлений специальной конструкции с точно известным и стабильным сопротивлением. В схеме элементНИ — нуль-индикатор, реагирующий на очень маленькие постоянные токи (чувствительность по току S ни — порядка 10 -10 дел/А).
С помощью переключателя нуль-индикатор вначале включается в цепь установочного сопротивления Rу (положение переключателя 1). При этом регулировочным сопротивлением Rрег добиваются отсутствия тока в цепи нуль-индикатора. Это означает, что Iр Rу= Енэ, откуда значение рабочего тока определяется через соотношение Iр = Енэ / Rу=10-nА(для каждого типа компенсатора величина п — число индивидуальное и неизменное, что обеспечивается постоянством параметров источника напряжения Енэ и установочного сопротивления Rу). Затем нуль-индикатор включается в измерительную цепь (положение переключателя 2) и изменением измерительного сопротивления Rи -добиваются нулевого тока, а значит; равенства Ux=IрR= ЕнэR/Rу. Итак, измеряемое напряжение определяется с достаточно высокой точностью и без нарушения работы измерительной цепи, так как в момент измерения ток через индикатор не протекает
С помощью компенсатора можно также определять ток в исследуемом устройстве, преобразовав его предварительно в напряжение согласно формуле Ix = Ux/R 0, где R 0 — образцовое сопротивление.
В современных конструкциях компенсаторов вместо нормального элемента часто применяются эталонные (в частности стабилизированные) источники напряжения с более высоким значением коэффициента стабилизации, что позволяет расширить верхний предел измерения компенсатора до нескольких десятков вольт.
Погрешность компенсатора постоянного тока определяется погрешностями резисторов Rи, Rу, ЭДС нормального элемента Енэ, а также чувствительностью нуль-индикатора. Современные потенциометры постоянного тока имеют класс точности от 0,0005 до 0,2. Верхний предел измерения до 1...2,5 В. При достаточной чувствительности нуль-индикатора нижний предел измерения может составлять единицы нановольт.
Компенсационные методы используются также для измерений и на переменном токе.
Автоматические компенсаторы переменного тока по способу уравновешивания разделяются на прямоугольно-координатные и полярно-координатные.
Автоматический прямоугольно-координатный потенциометр может быть выполнен по различным схемам.
В этой схеме уравновешивание производится двумя компенсирующими напряжениями UKX и UKY сдвинутыми по фазе на 900. Напряжение UK = UKX + UKY уравновешивает UИЗМ. Равновесие наступает, когда модули UK.m и UИЗМ.m равны, а фазы противоположны. При отсутствии компенсации в измерительном контуре действует напряжение разбаланса, поступающее на вход усилителя напряжения УН, а затем на фазочувствительых усилителей мощности ФЧУМX и ФЧУМY. Так как двухфазные асинхронные двигатели Д и Д являются также фазочувствительными, общая чувствительность каналов уравновешивания зависит от фазы опорных напряжений ФЧУМ и настройки двигателей. Двигатели ДX и ДY связаны с движками реохордов RKX и RKY, перемещение которых изменяет UKX и UKY. При выполнении условия
UИЗМ = UK = UKX + UKY.
работа двигателей прекращается. Углы поворота роторов двигателей (перемещения движков реохордов) пропорциональны квадратурным составляющим UИЗМ и служат мерой для их определения.
Полярно-координатный автоматический потенциометр обеспечивает прямой отсчет амплитуды и фазы измеряемого напряжения UИЗМ. Компенсация UИЗМ осуществляется одним напряжением UК, амплитуда и фаза которого может изменяться.
