в чем заключается метод компенсации

Принцип компенсационного метода измерений

Компенсационный метод основан на уравновешивании двух электрически независимых величин (напряжений или токов) и осуществляется путем подключения этих величин в цепь индикатора равновесия.

Этот метод используют для прямых измерений напряжения (ЭДС) или тока и для косвенных измерений величин тока, сопротивления и не электрических величин. В основном применяются две схемы компенсации:

а) схема компенсации напряжений;

б) схема компенсации тока.

Из них наиболее распространенной является схема компенсации напряжений. Рассмотрим ее работу.

В схеме (рис. 2.1) измеряемое напряжение U_x уравновешивается равным, но противоположным по знаку известным компенсирующим напряжением U_к. Падение напряжения U_к создается на образцовом регулируемом сопротивлении Rк током I. Изменение сопротивления Rк происходит до тех пор, пока U_к не будет равно U_х. Момент компенсации определяют по отсутствию тока в цепи гальванометра. Точность установления этого момента зависит от чувствительности гальванометра, которая может быть очень высокой.

При компенсации мощность от объекта измерения не потребляется, что является основной причиной использования компенсационного метода для измерения ЭДС (напряжений) в маломощных цепях.

Компенсационный метод имеет большое практическое применение и обеспечивает высокую точность измерения. Последняя обусловлена большой точностью и стабильностью элементов параметров цепей и может достигать тысячной доли процента.

В практических схемах компенсаторов для обеспечения необходимой точности измерения ток I_р в рабочей цепи определяется не амперметром, а компенсационным методом с помощью эталона ЭДС – нормального элемента. Нормальные элементы (НЭ) обеспечивают постоянную во времени ЭДС, равную 1,01865 В при t = 20°С.

С изменением температуры окружающей среды величина ЭДС уменьшается на каждый градус повышения температуры в соответствии с приближенной зависимостью:

, (2.1)

где – ЭДС при температуре t;

– ЭДС при t = 20 °C.

В зависимости от допустимых колебаний ЭДС, НЭ выпускаются трех классов 1, 2, 3 (табл. 2.1)

Характеристики нормальных элементов.

Точность измерения потенциометрами во многом зависит от стабильности как ЭДС нормальных элементов, так и параметров других измерительных элементов.

Измерительная аппаратура, основанная на компенсационном методе измерения, различается по точности, конструкции и назначению. Различают потенциометры постоянного и переменного тока, ручного и автоматического уравновешивания.

2.2. Потенциометры постоянного тока (ППТ).

Принципиальная схема ППT представлена на рис 2.2.

Схема состоит из трех цепей: А – рабочей цепи с источником питания Е_всп, регулировочным (Rр), компенсирующим (Rк) и образцовым (Rн) резисторами с регулирующим сопротивлениями; Б – цепи компенсации, предназначенной для определения значения величины I_р и содержащей НЭ и образцовое сопротивление Rн; В – цепи компенсации, предназначенной для определения искомой величины Uх. В качестве органа сравнения используется высокочувствительный гальванометр (Г) магнитоэлектрической системы.

При измерении в начале производят температурную коррекцию в цепи Б. Для этого, измерив температуру, рассчитывают уточненное значение Е_н.э. по формуле (2.1), в соответствии с которым устанавливают определенное значение Rн. Затем устанавливают I_р. Для этого переключатель П переводят в положение 1 и с помощью Rр устанавливают I_р. О заданной величине I_р свидетельствует нулевое показание указателя Г. При этом I_р = E_н.э./Rн. После установки Iр переключатель П переводят в положение 2, т. е. подключают цепь В, и определяют искомую величину, добиваясь уравновешивания компенсирующим напряжением U_к с помощью Rк. В момент компенсации ток в цепи Г вновь равен 0, а

где R’к – величина образцового компенсирующего сопротивления, при котором имеет место состояние равновесия.

Сопротивление Rк выполняют по специальным схемам, которые обеспечивают постоянное сопротивление между точками 3 и 4 и переменное сопротивление между точками 3 и Д, а также необходимое число знаков и точность отсчета. Неизменность полной величины Rк обеспечивает неизменность рабочего тока I в момент компенсации, если ЭДС вспомогательного источника
E_всп = const. При нестабильности источника питания необходимо проверить величину рабочего тока, переводя переключатель П в положение 1.

В зависимости от величины сопротивления рабочей цепи компенсаторы постоянного тока делят на компенсаторы:

— большого сопротивления (высокоомные) R = 10 – 40 кОм, ток [A], порядок измеряемого напряжения I = 2,5 [B], класс точности 0,02;

— малого сопротивления (низкоомные) R = 10 ¸ 1000 Ом, ток [A], порядок измеряемого напряжения до 100 мB, классы точности от 0,005 до 0,2.

Компенсационный метод измерения на постоянном токе широко применяется для измерения напряжения или ЭДС, а также величин, функционально связанных с ними (тока, мощности, сопротивления).

2.3. Измерение тока ППТ

Для измерения Iх в цепь включается дополнительно образцовый резистор Rо (рис. 2.3) с сопротивлением Rо

Источник

Задание 4. Измерение ЭДС источника методом компенсации

Метод компенсации является одним из основных методов точных лабораторных измерений. Сущность метода заключается в том, что измеряемая ЭДС E_x уравновешивается (компенсируется) падением напряжения, которое создается на известном сопротивлении током I₀ от вспомогательного источника E₀(рис. 9).

Рис. 9 Принцип компенсационного метода измерения ЭДС

Для реализации метода необходимо, чтобы ЭДС вспомогательного источника была больше измеряемой ЭДС:

Необходимое уравновешивающее напряжение создается на специальном сопротивлении. В качестве такого сопротивления может быть использован делитель напряжения с регулируемыми сопротивлениями плеч или реохорд.

Понять принцип компенсационного метода проще на примере реохорда. Реохорд – это реостат из калиброванной проволоки, натянутой или намотанной на барабан, по которой может перемещаться подвижный контакт (ползунок).

Если передвигать ползунок вдоль реохорда сверху вниз, то напряжение U_сб будет изменяться от Е₀ (в точке а) до 0 (в точке б). В некотором положении ползунка (точка с) напряжение U_сб станет равным E_x. Условие называют условием компенсации или условием равновесия. В этом случае ток через гальванометр Г не протекает (I_Г = 0) и его стрелка находится на нуле.

Для источника с другим значением ЭДС на реохорде также может быть найдена точка, в которой стрелка гальванометра установится на ноль.

Если вдоль реохорда расположить шкалу, проградуированную в единицах напряжения, то по положению движка можно судить о величине измеряемой ЭДС.

Важнейшим свойством такого метода измерения является то, что гальванометр используется не для измерения тока источника Е_х, а для определения его нулевого значения. По сути, компенсационная схема измерения является идеальным вольтметром, так как она не потребляет энергию от источника, ЭДС которого измеряется.

Для градуировки шкалы и проведения измерений необходим специальный источник, который называют эталонным. Значение ЭДС такого источника должна быть известна с высокой точностью и не подвергаться влиянию внешних факторов.

Рассмотрим работу схемы на рис. 9 в случае, когда в измерительную цепь включен эталонный источник Е_эт. Примем, что вспомогательный источник E₀ имеет пренебрежимо малое внутреннее сопротивление. В общем случае, схему можно описать системой уравнений, составленных по правилам Кирхгофа:

где: R_Г – сопротивление гальванометра; R_эт – внутреннее сопротивление эталонного источника; I₀ – ток вспомогательного источника; R_ас, R_сб – сопротивления участков ас и сб реохорда.

В режиме равновесия, когда соблюдается условие компенсации, ток гальванометра I_Г = 0. При этом I₀= I_сб, а R_ас+R_сб равно полному сопротивлению реохорда R.

Тогда для Е_эт может быть получено выражение:

(4)

(5)

Решая (4) и (5) совместно, получим:

(6)

Таким образом, измерение Е_х сводится к измерению сопротивлений участков реохорда, на которых происходит компенсация соответствующих значений ЭДС. Для реохорда из однородной проволоки:

где ρ – удельное сопротивление материала проволоки; S – сечение проволоки; – длина участка с сопротивлением ; – длина участка с сопротивлением .

В итоге, выражение (6) примет вид

(7)

На результат измерений не влияет значение Е₀, сопротивление реохорда R и внутреннее сопротивление источника Е_х.

Однако, отношение E₀/R, то есть ток через реохорд I₀, должен быть строго одинаков при измерении Е_эт и Е_х. Это предъявляет высокие требования к стабильности напряжения вспомогательного источника и качеству реохорда.

Схема с реохордом удобна для понимания и расчета. На практике она используется в автоматических потенциометрах, где скользящий контакт перемещается с помощью специального электропривода. Сам реохорд изготавливают из износостойкой проволоки с высоким удельным сопротивлением.

В данной лабораторной работе используется два варианта компенсационной схемы с ручным уравновешиванием (рис. 10).

а	б
Рис. 10 Варианты компенсационных измерительных схем

Вариант 1. Для создания компенсирующего напряжения используется делитель, в плечи которого включены прецизионные декадные магазины сопротивлений Р33 (рис. 10, а). Один из магазинов размещен на стенде, другой – переносной. При уравновешивании схемы сопротивления магазинов нужно изменять одновременно, строго соблюдая условие:

В этом случае , и значение измеряемой ЭДС определяется выражением, аналогичным выражению (6):

(8)

где – сопротивление магазина при подключении E_эт., – сопротивление магазина при подключении E_x.

Вариант 2. Для создания компенсирующего напряжения используется делитель, в верхнее плечо которого включают постоянное сопротивление R_эт (рис. 6, б), а в нижнее – декадный магазин сопротивлений Р33. При таком способе измерения ток источника не является стабильным.

Расчетное выражение для измеряемой ЭДС имеет вид:

(9)

где – сопротивление магазина при подключении E_эт., – сопротивление магазина при подключении E_x.

Источник

Компенсационный метод измерений.

Изучение компенсационного метода измерений.

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

.

При этом общий ток I разветвляется на ток через сопротивление I_R и ток через вольтметр I_V. 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 U_X (или неизвестной измеряемой ЭДС E_X) с известным компенсирующим напряжением U_К. 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 U_X и U_К. При равенстве этих величин сила тока в цепи равна нулю, и «индикатор равенства» даёт

нулевое показание. Таким образом, плавно регулируя U_К, можно добиться нулевого показания «индикатора равенства». Тогда неизвестное измеряемое напряжения U_Х равно известному компенсирующему напряжению U_К.

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.

Источник

Компенсационный метод измерений

Полезное

Смотреть что такое «Компенсационный метод измерений» в других словарях:

КОМПЕНСАЦИОННЫЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЙ — основан на компенсации (уравнивании) измеряемого напряжения (эдс) напряжением, создаваемым на известном сопротивлении током от вспомогат. источника. К. м. и. применяют не только для электрич. величин (эдс, напряжений, токов, сопротивлений), но и… … Физическая энциклопедия

компенсационный метод (измерений) — нулевой метод (измерений) — [Л.Г.Суменко. Англо русский словарь по информационным технологиям. М.: ГП ЦНИИС, 2003.] Тематики информационные технологии в целом Синонимы нулевой метод (измерений) EN zero methodcompensation methodnull method … Справочник технического переводчика

КОМПЕНСАЦИОННЫЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЙ — то же, что нулевой метод измерений … Большой Энциклопедический словарь

компенсационный метод измерений — то же, что нулевой метод измерений. * * * КОМПЕНСАЦИОННЫЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЙ КОМПЕНСАЦИОННЫЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЙ, то же, что нулевой метод измерений (см. НУЛЕВОЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЙ) … Энциклопедический словарь

КОМПЕНСАЦИОННЫЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЙ — то же. что нулевой метод измерений(используется гл. обр. при измерениях электрич. напряжений) … Большой энциклопедический политехнический словарь

КОМПЕНСАЦИОННЫЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЙ — то же, что нулевой метод измерений … Естествознание. Энциклопедический словарь

НУЛЕВОЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЙ — компенсационный метод измерений, высокоточный метод измерений, осн. на сравнении измеряемой величины с мерой, в к ром на нулевой прибор (нуль индикатор) воздействует сигнал, пропорциональный разности измеряемой и известной величин (в процессе… … Большой энциклопедический политехнический словарь

НУЛЕВОЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЙ — (компенсационный метод измерений), один из вариантов метода сравнения с мерой, в к ром на нулевой прибор воздействует сигнал, пропорциональный разности измеряемой и известной величин, причём эту разность доводят до нуля. Пример: измерение… … Естествознание. Энциклопедический словарь

нулевой метод измерений — (компенсационный метод измерений), один из вариантов метода сравнения с мерой, в котором на нулевой прибор воздействует сигнал, пропорциональный разности измеряемой и известной величин, причём эту разность доводят до нуля. Пример: измерение… … Энциклопедический словарь

НУЛЕВОЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЙ — (компенсационный метод измерений) один из вариантов метода сравнения с мерой, в котором на нулевой прибор воздействует сигнал, пропорциональный разности измеряемой и известной величин, причем эту разность доводят до нуля. Пример: измерение… … Большой Энциклопедический словарь

Источник

В чем заключается метод компенсации

Компенсационный метод широко применяется для измерения термо-э. д. с. термоэлектрических термометров, напряжения, а также других величин, связанных с напряжением определенной зависимостью.

Принцип компенсационного метода основан на уравновешивании (компенсации) измеряемой э. д. с. известным напряжением, получаемым от строго определенного тока, называемого обычно рабочим, на сопротивлении с известным значением.

Рис. 4-14-1. Принципиальная компенсационная измерительная схема с использованием нормального элемента.

Рассмотрим принципиальную схему, иллюстрирующую компенсационный метод измерения термо-э. д. с., которая показана на рис. 4-14-1. Уравновешивающее падение напряжения создается рабочим током на реохорде (компенсационном резисторе) При этом сопротивление компенсационной цепи должно быть неизменным, а источник питания должен обеспечивать неизменным во время измерения рабочий ток Вдоль компенсационного резистора может перемещаться скользящий контакт — движок который с помощью провода соединен с одним зажимом переключателя К зажиму а реохорда присоединен один зажим нулевого прибора НП, второй его зажим присоединен к переключателю Я. Таким образом, с помощью переключателя нулевой прибор можно включить в цепь термоэлектрического термометра или нормального элемента

При измерении термо-э. д. с. нулевой прибор включают в цепь термометра и перемещают движок до тех пор, пока указатель нулевого прибора не установится на нулевой отметке шкалы. При выполнении этого условия падение напряжения на части реохорда будет равно измеряемой термо-э. д. с. . В этом случае имеет место равенство

где — сопротивление участка

Включив затем нулевой прибор в цепь вместо термоэлектрического термометра, мы установим, что в этом случае при том же рабочем токе I указатель нулевого прибора не будет отклоняться от нулевой отметки при ином положении движка так что сопротивление участка будет равно При этом имеет место равенство

Признаком уравновешивания или компенсации в том и другом случае является отсутствие тока в цепи нулевого прибора,

Разделив почленно уравнения (4-14-1) и (4-14-2), получим:

т. е. измеряемая термо-э. д. с. сравнивается с образцовой мерой — э. д. с. нормального элемента.

Рассмотренный компенсационный метод измерения термо-э. д. с. положен в основу принципа действия приборов, которые называются потенциометрами с постоянной силой рабочего тока,

Источник