Материал: Изучение принципа действия и устройства лабораторного потенциометра ПП-63 и некоторых приборов. Скоробогатов В.С., Данилов Ю.М
5.3. Компенсационный метод измерения ЭДС
Компенсационный метод измерения основан на уравновешивании (компенсации) измеряемой ЭДС известной разностью потенциалов, образованной вспомогательным источником тока на калиброванном сопротивлении.
На схеме (рис. 5.1) ток от вспомогательного источника с напряжением Е проходит по цепи, в которую между точками А и В включено калиброванное сопротивление RАВ, называемое реохордом.
Величина тока вспомогательного источника равна:
I1 E / RАВ |
(5.2) |
Рис. 5.1. Принципиальная схема компенсационной цепи
Вторая цепь состоит из термопары; участка реохорда между точкой А и движком реохорда Д; нуль-индикатора НИ, предназначенного для индикации наличия или отсутствия тока в цепи термопары. Разность потенциалов UАД между точками А и Д пропорциональна RАД .
Термопара в цепь включена так, что ток на участке
4
сопротивления RАД идет в том же направлении, что и от вспомогательного источника.
Тогда согласно первому закону Кирхгофа
IАД I1 I2 , |
(5.3) |
где IАД – ток, протекающий по сопротивлению RАД ;
I1 – ток вспомогательного источника Е; I2 – ток термопары. На основании второго закона Кирхгофа получим:
E(t,t0) I2(Rни Rвн) IАД RАД
I2(Rни Rвн) I1 RАД I2 RАД
, (5.4)
I2(Rни Rвн RАД ) I1 RАД
Отсюда ток I2, протекающий через НИ, будет равен:
E(t,t0) I1RАД |
|
|
I2 Rни Rвн RАД |
, |
(5.5) |
где Е(t,t0) – ТЭДС термопары;
Rни – сопротивление нуль-индикатора;
Rвн Rпр RТ – внешнее сопротивление цепи, состоящей из проводов и термопары.
При Е(t,t0) < Е, передвигая движок реохорда Д, т.е. изменяя RАД,
можно найти такое положение, при котором стрелка НИ установится на нулевой отметке шкалы, а ток в цепи термопары I2 = 0. При этом
E(t,t0) I1RАД 0, иначе E(t,t0) I1RАД UАД , (5.6)
Из уравнения (5.6) очевидно, что ТЭДС термопары компенсируется падением напряжения UАД на калиброванном сопротивлении RАД . Учитывая соотношение (5.2) из уравнения (5.6),
найдем:
E(t,t |
) I |
R |
АД |
|
E |
R |
АД , |
(5.7) |
|
||||||||
0 |
1 |
|
|
RАВ |
||||
5
где Е = const; RAB =const.
Следовательно, ТЭДС термопары Е(t,t0) определяется величиной падения напряжения UАД на участке реохорда и не зависит от сопротивления нуль-индикатора Rни и внешнего сопротивления цепи термопары Rвн, что следует из уравнения (5.7). Реохорд снабжен шкалой, градуированной в милливольтах. При измерении компенсационным методом ток в цепи реохорда нужно поддерживать постоянным. Значение тока устанавливается и контролируется также компенсационным методом. Для этого необходим еще один контур, контур нормального элемента НЭ.
5.4. Устройство и работа потенциометра
Принципиальная схема потенциометра ПП-63 приведена рис. 5.2, а внешний вид панели управления – на рис. 5.3. В состав потенциометра входит множество различного рода устройств, наименование и назначение которых приведено ниже.
Нуль-индикатор НИ (гальванометр Г) предназначен для показания наличия или отсутствия тока I2 в измерительной цепи. Ток I2 = 0, когда стрелка гальванометра Г установлена на нуль.
Штепсельный переключатель В7 имеет три положения – х0,5, х1, х2 и соответственно изменяет пределы измерения 0–25, 0–50, 0– 100 мВ.
6
Рис. 5.2. Принципиальная схема потенциометра ПП-63
Переключатель «Род работы» В2, расположенный на трех платах (В2а, В2б, В2в), имеет три рабочих положения: «Поверка» (25 мВ, 50 мВ, 100 мВ), «Потенциометр» и «ИРН» (25 мВ, 50 мВ и 100 мВ). Секционный измерительный реостат В9, состоящий из резисторов
R26 – R49, и соединенный с ним последовательно ползунковый реохорд R50 с подгоночными резисторами R51 и R52 представляют собой калиброванное сопротивление RАВ (рис. 5.1). Шкала секционного реостата имеет 24 деления, а реохорда – 40 делений. При установке переключателя В7 в положение х1 цена деления реохорда R50 и реостата В9 соответственно равна 0,05 и 2 мВ, а их верхний предел измерения составляет 2 и 48 мВ (суммарно 50 мВ). При
7
переводе переключателя В7 в положения х0,5 и х2 указанные значения соответственно уменьшаются или увеличиваются в 2 раза.
Источник питания измерительной схемы потенциометра БП состоит из параллельно соединенных батарей Б1 – Б3 с напряжением
1,5 В.
Сдвоенный ползунковый реостат «Рабочий ток» предназначен для установки рабочего тока потенциометра, равного 2 мА, состоит из переменных резисторов R15 и R16 соответственно для грубой и точной (малая и большая рукоятки) регулировки тока.
Насыщенный нормальный элемент НЭ, развивающий строго постоянную ЭДС, равную 1,0185 – 1,0187 В, предназначен для установки постоянной силы рабочего тока.
Рис. 5.3. Панель управления потенциометра ПП-63
Установка рабочего тока производится по ЭДС нормального элемента НЭ, которая сравнивается с падением напряжения на установочном резисторе R17 и части резисторов R18 – R21, причем положение перемычки на этих резисторах должно соответствовать величине ЭДС нормального элемента. Компенсация производится регулировкой рабочего тока при помощи резисторов R15 (грубо) и R16 (точно) «Рабочий ток». Индикатором компенсации служит гальванометр Г.
8