Коломенский институт (филиал)
Факультет инженерно-экономический
«УТВЕРЖДАЮ»
Заведующий кафедрой АП и ИТ
_______________ А.М. Липатов
«02» сентября 2014 года
Лабораторный практикум
По дисциплине «Метрология и измерительная техника»
Компенсационный метод измерения на постоянном токе
Направление подготовки: 27.03.04 (2230400.62)«Управление в технических системах»
Профиль подготовки: «Управление и информатика в технических системах»
Квалификация (степень) выпускника - бакалавр
(бакалавр, магистр, дипломированный специалист)
Форма обучения: очная, очно – заочная, заочная.
Коломна 2014 год
КОМПЕНСАЦИОННЫЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ
НА ПОСТОЯННОМ ТОКЕ
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Ознакомление с применением потенциометра (компенсатора) постоянного тока для измерения ЭДС и поверки приборов.
Принцип компенсационного метода измерений
Компенсационный метод, являясь нулевым методом, относится к наиболее точным методам измерения, обеспечивающим точность до тысячной доли процента. Высокая точность позволяет использовать этот метод для поверки приборов класса 0,5; 0,2; 0,1. Наиболее широкое применение компенсационный метод получил при измерении ЭДС или величин, функционально связанных с ними.
Компенсационный метод основан на уравновешивании измеряемого напряжения известным напряжением. Устройства, служащие для производства измерений компенсационным методом, называются потенциометрами или компенсаторами.
Принципиальная схема потенциометра постоянного тока приведена на рисунке 1, где:
ЕN – ЭДС нормального элемента, известная с большой точностью;
Uх – измеряемое напряжение;
Е – батарея питания;
Г – магнитоэлектрический гальванометр, используемый в качестве нуль – индикатора;
RРТ – сопротивление регулировки рабочего тока;
Rо – образцовое сопротивление.
Рис.1 Упрощенная схема компенсатора постоянного тока
В цепь рабочего тока Iр включены два резистора с регулируемыми сопротивлениями RРТ и R, и резистор с образцовым сопротивлением Rо.
При измерении сначала устанавливают компенсационным методом рабочий ток Iр. Для этого переключатель S1 ставят в положение «К», и изменяют сопротивление RРТ до получения нулевого показания гальванометра. Это будет, когда падение напряжения на Rо станет равно ЕN:
ЕN = Iр∙Rо.
То есть можно установить строго определенное значение рабочего тока Iр = ЕN / Rо по известным величинам ЕN и Rо.
Точность установления момента компенсации зависит от чувствительности гальванометра, которая может быть очень высокой.
Для определения величины измеряемого напряжения Uх переключатель S1 ставят в положение «И», и, изменяя величину сопротивления Rк, также добиваются нулевого показания гальванометра.
При этом: Ux = Uк = Iр∙Rк = ЕN∙Rк / Rо
ЭДС нормального элемента обычно известна с точностью до сотых и даже до тысячных долей процента. Если сопротивления Rо и Rк известны также с высокой точностью, то очевидно, что компенсационный метод измерения Uх обеспечивает высокую точность измерения.
Точность измерения зависит также от стабильности ЭДС батареи питания Б. При недостаточной стабильности ЭДС во времени необходимо перед каждым измерением Uх проверять величину рабочего тока и вновь его устанавливать, если он изменился.
В момент компенсации, когда ток в цепи гальванометра отсутствует, входное сопротивление схемы со стороны измеряемого напряжения очень велико и измерение Uх осуществляется практически без отбора мощности. Поэтому компенсационный метод является единственным методом, с помощью которого можно измерять малые ЭДС.
Для защиты гальванометра от перегрузок стоит защитный резистор Rз. Кнопкой «Грубо» включается резистор Rз и производится начальное уравновешивание. Потом включается кнопка «Точно», и гальванометр включается в цепь непосредственно. После тщательного уравновешивания обе кнопки размыкаются, и считывается результат измерения.
Часть резистора Rо на рис.1 показана регулируемой. Дело в том, что ЭДС ЕN зависит от окружающей температуры. Допустим, что в результате отклонения окружающей температуры от нормального значения ЭДС ЕN увеличилась на 0,02%, тогда, увеличив Rо на 0,02%, получим неизменное значение тока Iр.
Компенсаторы выпускаются следующих классов точности: 0,0005; 0,001; 0,002; 0,005; 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5.
В данной работе используется компенсатор постоянного тока типа УПИП – 60М. Электрическая схема прибора приведена в прилагаемом описании. По своему принципу работы схема прибора не отличается от приведенной на рис.1. Для удобства поверки вольтметров в схеме дополнительно предусмотрен источник регулируемого напряжения (рис.2).
Рис.2 Источник регулируемого напряжения прибора УПИП-60М
Комбинированный делитель напряжения R1, R2 подобран таким образом, что на клеммы Ux попадает напряжение ровно в 100 раз меньшее, чем на поверяемый вольтметр. Это следует иметь в виду при выполнении работы.