Компенсационный метод измерения эдс кратко

Обновлено: 01.07.2024

Компенсационный метод измерений, метод измерений, основанный на компенсации (уравнивании) измеряемого напряжения или эдс напряжением, создаваемым на известном сопротивлении током от вспомогательного источника. Компенсационный метод измерений применяют не только для измерений электрических величин (эдс, напряжений, токов, сопротивления) ; он широко применяется и для измерения др. физических величин (механических, световых, температуры и т. д.) , которые обычно предварительно преобразуют в электрические величины.

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:

Для ЭДС, имеющей значение Е_х , уравнение примет вид:

Решая (4) и (5) совместно, получим:

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

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):

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:

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

Для измерения ЭДС с высокой точностью используется компенсационный метод. Схема измерения ЭДС компенсационным методом представлена на рисунке.

Сущность метода заключается в том, что ЭДС изучаемого гальванического элемента сравнивается с источником напряжения АК, которое подводится к реохорду АВ, эта часть схемы называется большой цепью. На реохордной проволоке располагается подвижный контакт К, который движется по проволоке.

В малую боковую цепь включается исследуемый элемент Е_х соединенный с гальванометром G, передвигая контакт К по реохорде находят такое положение, когда гальванометр показывает 0. Это соответствует уравнению:

(10)

является нестабильной величиной, так как со временем аккумулятор разряжается. Чтобы устранить зависимость от , в малую цепь параллельно изучаемому элементу включается нормальный элемент Вестона с точно известной величиной потенциала.

Кроме того схема дополнительно снабжена ключом K_U, который поочередно замыкается на исследуемый элемент и элемент Вестона.

Переключив ключ на нормальный элемент Вестона и снова, передвигая по реохордной проволоке ключ К, находят его новое положение, соответствующее отсутствию тока в малой цепи. Для этого случая можно записать равенство:

(11)

Поделив уравнения (10) на (11), получаем:

(12)

ЭДС элемента Вестона постоянна и равна 1,018 В. Для вычисления неизвестной ЭДС – (Е_Х) достаточно знать соотношение отрезков АК / АК ' .

Суть компенсации заключается в следующем:

- аккумуляторы и элементы малой боковой цепи подключаются таким образом, чтобы через участок АК ток проходил в противоположном направлении, передвигая контакт К мы компенсируем напряжение идущее от аккумулятора.

Преимуществом компенсационного способа измерения ЭДС является высокая точность и отсутствие ошибок, связанных с сопротивлением элемента или его поляризацией.

Элемент Вестона

Он представляет собой две стеклянные пробирки, соединенные между собой.

В одно колено помещается металлическая ртуть, затем сверху меркурсульфатная паста, которая готовится аналогично каломельной пасте. Во второе колено помещается амальгама кадмия содержащая 10–13% кадмия, сверху насыпаются кристаллы сульфата кадмия содержащие кристаллизационную воду.

Сосуд заполнен насыщенным раствором сульфата кадмия CdSO₄. В нижнюю часть пробирок впаяны платиновые проволочки для контакта.

Элемент Вестона записывается следующим образом:

В нем протекают реакции:

Элемент Вестона относится к нормальным элементам. Нормальными называются элементы, которые имеют постоянную не изменяющуюся во времени и практически независимую от температуры ЭДС.

Водородный электрод.

70.Хлорсеребряный электрод.

Хингидронный электрод

© 2014-2022 — Студопедия.Нет — Информационный студенческий ресурс. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав (0.003)

метод измерений, основанный на компенсации (уравнивании) измеряемого напряжения или эдс напряжением, создаваемым на известном сопротивлении током от вспомогательного источника. К. м. и. применяют не только для измерений электрических величин (эдс, напряжений, токов, сопротивления); он широко применяется и для измерения др. физических величин (механических, световых, температуры и т.д.), которые обычно предварительно преобразуют в электрические величины.

К. м. и. является одним из вариантов метода сравнения с мерой, в котором результирующий эффект воздействия величин на прибор сравнения доводят до нуля (добиваются нулевого показания измерительного прибора). К. м. и. отличается высокой точностью. Она зависит от чувствительности нулевого прибора (См. Нулевой прибор) (нульиндикатора), контролирующего осуществление компенсации, и от точности определения величины, компенсирующей измеряемую величину.

К. м. и. электрического напряжения в цепи постоянного тока состоит в следующем. Измеряемое напряжение U_x (см. рис.) компенсируется падением напряжения, создаваемым на известном сопротивлении r током от вспомогательного источника U_всп (рабочим током l_p). Гальванометр Г (нулевой прибор) включается в цепь сравниваемых напряжений перемещением переключателя (П на рис.) в правое положение. Когда напряжения скомпенсированы, ток в гальванометре, а следовательно, и в цепи измеряемого напряжения U_x отсутствует. Это является большим преимуществом К. м. и. перед другими методами, так как он позволяет измерять полную эдс источника U_x и, кроме того, на результаты измерений этим методом не влияет сопротивление соединительных проводов и гальванометра. Рабочий ток устанавливают по нормальному элементу (См. Нормальный элемент) E_N с известной эдс, компенсируя её падением напряжения на сопротивлении R (переключатель П — в левом положении). Значение напряжения U_x находят по формуле U_x = E_N∙r/R, где r — сопротивление, падение напряжения на котором компенсирует U_x.

При измерении компенсационным методом силы тока I_x этот ток пропускают по известному сопротивлению R₀ и измеряют падение напряжения на нём l_xR₀. Сопротивление R₀ включают вместо показанного на рис. источника напряжения U_x. Для измерения мощности необходимо поочередно измерить напряжение и силу тока. Для измерения сопротивления его включают во вспомогательную цепь последовательно с известным сопротивлением и сравнивают падения напряжения на них. Электроизмерительные приборы, основанные на К. м. и., называются Потенциометрами или электроизмерительными компенсаторами. К. м. и. применим также для измерений величин переменного тока, хотя и с меньшей точностью. К. м. и. широко применяется в технике в целях автоматического контроля, регулирования, управления.

Схема компенсатора эдс с нормальным элементом: U_всп — источник вспомогательного напряжения; R — калиброванное сопротивление; r_peг — регулировочное сопротивление; EN — нормальный элемент; I_p — рабочий ток; Г — гальванометр; П — переключатель; U_x — измеряемое напряжение.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . 1969—1978 .

Читайте также: