2.9.2 Приборы сравнения

2.9.2.1 Принцип работы потенциометра

Принцип действия приборов сравнения основан на сравнении измеряемой величины с заранее известной величиной. Данный принцип можно рассмотреть на примере потенциометра, который является прибором сравнения, предназначенным для измерения разности потенциалов между двумя точками, то есть напряжения.

Потенциометры в отличие от вольтметров работают по компенсационному (нулевому) методу измерения.

Конструкция потенциометра включает в себя источник питания (см. рисунок 2.50), калибровочный резистор R_АВ в виде реохорда с ползунком и нуль-прибор (НП).

Нуль-прибор – это прибор, который в уравновешенном состоянии должен показывать нулевое значение. В качестве нуль-прибора может быть использован милливольтметр.

Принцип компенсации при измерении неизвестного измеряемого напряжения U_изм заключается в уравновешивании его известным напряжением U на калибровочном резисторе R_АВ, созданным вспомогательным источником тока. Ток от вспомогательного источника проходит через реохорд R_AB. Напряжение U_AB пропорционально R_АВ (в точке D находится движок реохорда). Последовательно с измеряемым напряжением включен НП с нулем в середине шкалы. Передвигая движок D, добиваются уравновешивания ΔU и U_изм. Нулевое показание НП означает, что удалось добиться уравновешивания напряжений ΔU и U_изм (т.е. ΔU = U_изм). О величине измеряемого напряжения U_изм судят по положению ползунка реохорда. Шкала, прикрепленная к реохорду, обычно заранее проградуирована в единицах напряжения.

Достоинства приборов сравнения:

- точность,

- независимость от посторонних электромагнитных полей.

Недостаток: при измерении необходимо производить уравновешивание напряжений.

Данный недостаток ликвидирован в автоматических потенциометрах, где уравновешивание напряжений происходит автоматически с помощью специального электродвигателя, перемещающего ползунок.

2.9.2.2 Автоматические электрические потенциометры

Схема автоматического потенциометра показана на рисунке 2.51, где обозначено: ИПС - источник питания стабилизированный (постоянного тока), R_p - сопротивление реохорда, R_ш – шунта (сопротивление для задания пределов измерения прибора), R₁, R₂, R₃ и R₄ – сопротивления мостовой схемы, R_б – балластное сопротивление для ограничения тока от ИПС.

Потенциометр состоит из т.н. моста сопротивлений АВСD, в одну из диагоналей которого включен источник питания ИПС (диагональ ВС), а в другую (измерительную диагональ АD) измеряемое напряжение U_изм и электродвигатель ЭД с усилителем УЭД. В вершине А моста находится реохорд R_р, к движку которого прикреплена стрелка, движущаяся вдоль шкалы. Перемещением движка в свою очередь управляет электродвигатель.

Мост может находиться в двух состояниях: уравновешенном и неуравновешенном.

Когда мост находится в равновесии, то напряжение между его вершинами AD равно по модулю измеряемому (U_AD = U_изм) и напряжение небаланса ΔU, подаваемое на усилитель УЭД, равно нулю:

ΔU = U_AD – U_изм = 0.

В данном состоянии ЭД не работает.

Если по каким-либо причинам U_изм изменится, то мост выходит из равновесия и на входе усилителя УЭД появится напряжение небаланса ΔU ≠ 0. Усилитель, усилив напряжение, подает его на ЭД, который, вращаясь, перемещает движок реохорда. Перемещение движка продолжается до тех пор, пока мост снова не придет в равновесие и напряжение на ЭД снова не станет равно нулю.

В этих потенциометрах процесс компенсации осуществляется автоматически, непрерывно и с большой скоростью. Эти приборы имеют устройства для автоматического внесения поправки на температуру окружающей среды.

27. Электростатические приборы. Метод измерения сопротивления.