Изучение компенсационного метода измерений.
Цель работы
1. Ознакомиться с компенсационным методом измерений.
2. С помощью потенциометра ПП-63 произвести измерения неизвестных напряжений и косвенно определить величину тока и сопротивления.
Компенсационный метод измерений.
Измерение тока и напряжения аналоговыми (стрелочными) приборами непосредственной оценки производится в лучшем случае с погрешностью 0,1%. До появления цифровых приборов единственным методом, обеспечивавшим более высокую точность, был метод компенсации. Приборы для измерения компенсационным методом напряжений и электродвижущей силы (ЭДС) называются потенциометрами или компенсаторами.
В настоящее время при одинаковой точности измерений потенциометры значительно дешевле цифровых приборов. Важной особенностью потенциометров является отсутствие потребления тока от источника измеряемого напряжения в режиме точной компенсации. Это позволяет использовать компенсаторы для измерений в маломощных цепях, например ЭДС термопар.
Кроме того, компенсационный метод устраняет ошибки, присущие вольтметрам с невысокими входными сопротивлениями. Пусть по некоторому сопротивлению R протекает ток I. При подключении параллельно ему вольтметра c внутренним сопротивлением r (рис. 1) суммарное сопротивление уменьшится и станет равным
.
Рис.1 Рис.2
При этом общий ток I разветвляется на ток через сопротивление IR и ток через вольтметр IV. Если при этом общий ток I не изменился, то напряжение, измеренное вольтметром, 
, будет отличаться от истинного напряжения 
на величину абсолютной погрешности
(1)
Величина DU, также как и относительная погрешность измерений
|
|
(2)
будут зависеть от сопротивления вольтметра r. Обе погрешности будут уменьшаться с ростом величины сопротивления вольтметра r и устремятся к нулю только при r ® ¥. Если же R = r, то e достигает величины 50%. Таким образом, вольтметр шунтирует сопротивление и искажает режим работы цепи, где производится измерение, что может приводить к значительным ошибкам в измерениях. Указанный недостаток устраняется при применении компенсационного метода измерений.
Компенсационный метод основан на сравнении (компенсации) неизвестного измеряемого напряжения UX (или неизвестной измеряемой ЭДС E X) с известным компенсирующим напряжением UК. Источники измеряемого и компенсирующего напряжения соединяются одноименными полюсами (рис 3). При этом два полюса соединяют непосредственно, а два других – через индикатор равенства (чувствительный гальванометр). Сила и направление тока, протекающего через гальванометр, будет определяться разностью UX и UК. При равенстве этих величин сила тока в цепи равна нулю, и «индикатор равенства» даёт 
Рис 3
нулевое показание. Таким образом, плавно регулируя UК, можно добиться нулевого показания «индикатора равенства». Тогда неизвестное измеряемое напряжения UХ равно известному компенсирующему напряжению UК.
Очевидно, что при компенсационном методе вследствие отсутствия тока в измерительной цепи в момент компенсации не вносится искажений в режим работы той цепи, где производится измерение. Поэтому погрешности измерений, определяемые формулами (1) и (2), исключаются. В качестве индикатора используются чувствительные гальванометры с нулем посредине. В высокоточных потенциометрах используются специальные фотогальванометрические индикаторы. Индикатор должен лишь фиксировать отсутствие тока, поэтому в данном случае имеет значение только чувствительность индикатора, а его класс точности роли не играет. Всё указанное приводит к тому, что компенсационный метод измерения и в настоящее время является одним из наиболее точных и чувствительных методов измерений.
|
|